周洋课题组提出混态黑洞体系信息悖论的初步解决方案
发布时间: 2020-12-01     文章作者:     访问次数: 10

近日,复旦大学新锦江娱乐的网址周洋课题组运用理论计算的手段,研究了黑洞蒸发过程中反射熵的变化,首次提出了反射熵的量子极值截面公式。该项研究成果于近期在线发表于Journal of High Energy Physicshttps://link.springer.com/article/10.1007/JHEP11(2020)155

一个由初始量子纯态坍缩而成的黑洞由于其不断蒸发,使得辐射的冯诺依曼熵愈来愈大,甚至将超过黑洞热力学熵这一上限,从而导致著名的信息悖论。为了解决这一悖论,研究者们提出辐射的冯诺依曼熵在一定时间后应转而下降,形成所谓的“佩奇曲线”,这一时间拐点被称为“佩奇时间”。为了得到佩奇曲线,需要使用引力修正的公式来计算辐射的冯诺依曼熵,即“量子极值面公式”。该公式告诉我们,在佩奇时间之后,黑洞内部的一部分称为岛屿的区域贡献辐射的冯诺依曼熵,因而使其越来越小,符合佩奇曲线。

由于冯诺依曼熵仅在纯态黑洞体系能刻画黑洞与辐射的纠缠,当黑洞和辐射体系为混态时,找出类似的公式并解决信息悖论成为一个重要问题。为此,周洋课题组将适用于混态的关联度量——反射熵推广到引力系统,提出“量子极值截面公式”。利用该公式得到了反射熵的佩奇曲线,从熵的角度初步解决了混态黑洞体系的信息悖论。

此研究利用三种不同的黑洞蒸发模型计算反射熵,得到一致的结果。包括简单虫洞模型,世界尽头膜模型和永恒双黑洞与共形场论结合模型。周洋课题组在提出与量子极值面公式类似的量子极值截面公式后,在永恒双黑洞与共形场论结合的模型中计算了黑洞-黑洞、黑洞-辐射和辐射-辐射等之间的反射熵。发现黑洞-辐射反射熵满足佩奇曲线。此外,还得到黑洞-黑洞反射熵随时间逐渐减少至零、辐射-辐射反射熵逐渐增加至有限值等结果。



注:永恒双黑洞与共形场论模型


注:永恒双黑洞与共形场论模型中一侧黑洞与辐射之间的反射熵(红色),满足佩奇曲线

  

本研究为我们从熵的角度理解黑洞信息悖论提供了更多启发,并且揭示了近期科学家提出的黑洞孤岛的更多信息论特征。

该工作由新锦江娱乐的网址周洋课题组独立完成。工作获得了国家自然科学基金的支持。论文的通讯作者为周洋,其他两名作者为课题组学生朱津纬和李添翼。

  

原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP11(2020)155



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