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EPR量子纠缠等价于ER虫洞?

EPR量子纠缠等价于ER虫洞?

最近几年理论物理一个很火的题目是黑洞火墙悖论。四位物理学家(缩写AMPS)2012年发现,如果我们相信在黑洞蒸发时信息是守恒的话,那么落入黑洞视界的观察者将会在视界附近看到一个温度无穷大的“火墙”。可以借助下面这段分析来理解这个悖论。假设我们有一个非常古老的黑洞,它已经蒸发了一大半了。于是它将会非常的冷,其视界附近的空间将会非常接近真空。我们知道,此时黑洞发生辐射时,将会在视界附近出现一个正负能量的光子对。正能量的光子往外跑,负能量的光子落入视界内部。这一对光子是纠缠的。不仅如此,人们也证明过,霍金辐射的光子将会与更早辐射出去的光子处于最大纠缠态。量子信息告诉我们,同一个光子不可能与两个不同的光子同时处于最大纠缠态。要解决这个悖论,最简单的办法就是让黑洞视界附近不再是真空,而是具有很高的温度,或者说“火墙”。

在讨论火墙悖论时,两位著名的理论物理学家Maldacena和Susskind提出了一个很疯狂的猜想:广义相对论的理论框架下,两个黑洞可以通过爱因斯坦-罗森桥(虫洞)连接起来,这种关联可以用两个黑洞处于最大量子纠缠态来解释。他们发现,对于虫洞来说,一般都无法把信号传输过去的,也就是不可穿越的。因此,虫洞连接的黑洞不会影响局域性的。处于最大纠缠态的黑洞也是不可能超光速传输信息的。他们也证明了在LOCC(局域操作和经典通讯)下,是不可能制备出虫洞连接的黑洞对来的,这与量子纠缠是完全一致的。换句话说,他们认为EPR=ER。有趣的是,EPR与ER这两篇论文都是1935年发表的。在这个纠缠黑洞的框架下,黑洞火墙悖论可以被解决。据我所知,有一部分更疯狂的学者进一步认为,一般粒子的量子纠缠也可以用ER来理解。

再稍微提一句AdS/CFT对应,也就是一个N+1维的引力理论,等价于一个N维的量子力学理论。按照这个,我们能把经典的广义相对论的黑洞用一个量子的黑洞来代替,从而研究量子黑洞的性质。上面的这个假说,也必须在这个引力与量子的对应框架下来理解。量子信息理论发展了这么多年,其中的概念和原理已经深刻的渗透到了理论物理学的各个分支,并把理论物理学与信息科学联系在一起了。用信息学的眼光和角度来看待传统的理论物理学的模型和理论,又别有一番风景。

编辑于 2015-07-17

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