奇点和黑洞

例如，Hawking（1976）认为悖论表明，量子重力的完整理论将是一个不服从量子理论的标准动态原则的理论，并且他开始在首次颁布后立即努力发展这种理论悖论。 （他自放弃了这个职位。）近日和沃尔德（2017年）发展了延长审查和辩护这一职位。 然而，粒子物理学家（包括超级化学家）倾向于将黑洞视为另一个量子领域的状态。 如果两个颗粒在极高的能量下碰撞，则它们将形成一个非常小的黑洞。 这个微小的黑洞会有非常高的抱怨温度，因此它将非常快速地耗尽许多高能粒子并消失。 （召回，如上面第5.2节所述的那样，霍克宁温度与黑洞的质量成反比。）这种过程看起来非常像标准的高能量散射实验：两个颗粒碰撞，然后将它们的质量能力转化为输出的淋浴颗粒。 所有已知的散射过程遵守量子理论的标准动态原则，似乎给了我们一些原因期望黑洞形成和蒸发也应该这样做。

对难题的反应是军团。 （有用的概述本辩论的早期阶段可以在Belot等人找到1999年。）将其分类为属于六个广播分组中的一个是有用的：

信息损失的论点是有效的，黑洞蒸发违反了量子演化的标准原理;

落入黑洞的物理系统之间的量子相关性和保持外部的那些不会丢失，但相当储存在黑洞的“残余物”中，这不能完全蒸发;

相关性不会丢失，但在霍基辐射本身中出现（慢慢地）作为非热相关;

一个原因或另一个原因，相关性并未丢失，但似乎似乎损失取决于观察者的状态;

信息损失的论点是相关时期在蒸发的半古典近似的无效的伪影，以及完整的非扰动计算将表明相关性并不损失;

半古典计算有效，但其结果不承担进化基本方程的性质的问题; 一个人应该保持不可行的相关性是否丢失。

特别是，今天有四种主要的方法可以解决在物理界的不同细分市场中具有公平支持的问题：

接受统一性的丧失（第一反应）;

黑洞互补性，第四种响应的一个例子;

防火墙，五分之一的实例;

霍克辐射偏离完美的热性，第三个实例。

我们将简要介绍他们每个人，以及他们的利弊。 Chakraborty和Lochan（2017），Bryan和Medved（2017），Marolf（2017），近日和沃尔德（2017）提供最近的最受欢迎方法的评价，并提供了Mayolf强调拯救统一性的可能方法，近乌鲁德和沃尔德强调有违反它的人。 （参见Mathur 2009和Chen等人2015年最近讨论了基于残余的方法，我们不会在这里覆盖。）

我们应该接受预测面部值失败的计算的论据是简单的（近容和沃尔德2017）。 计算代表了一个制度（半古典一级），其中我们具有信任理论机械的良好理论理由，并且不需要分别偏离量子场理论和一般相对性的标准应用。 尽管有没有原因的失败，但在整个演化过程中，毫不困难的概率 - 所有量子概率总和到1 - 并且没有其他表现形式的不确定形式存在。 没有任何侵犯能源保护伴在统一性失败的情况下，因为有些人必须发生。 此外，统一的演变可以说是量子理论的基本原则：只要概率是节省的，可以充满信心地计算。 实际上，存在普通量子理论的标准应用中的这种非酉但概率节约和节能的演变的例子，无需任何像弯曲的时空和黑洞热力学的量子场理论那样为量子场理论（近乌鲁2012）。

然而，结论是，许多人仍然认为是量子理论最基本的原则之一是侵犯 - 对于许多吞咽的物理学家来说，这太令人令人讨厌，特别是那些在粒子物理学的传统训练的物理学，其中统一被认为是不可侵犯的。 乐观接受来自统一性的丧失似乎主要来自信任，物理学家的一般相对性。 这提出了普遍相对论在这一制度中应得足够信任的原因，以得出结论，在任何更深的量子理论中都会失败，但在对奇点预测（第2.2节） - 何时和选择的时候不受足够的信任什么时候不相信它？ 当一个人认为统一性的丧失是一个非常强烈的量度的量子重力理论时，这个问题变得尤其是辛格，特别是在任何提出的量子重力理论上，特别是当它来自于在仅仅有效而不是基本理论的情况下进行的计算时，并且当它恰好仍然是未知的基本理论，这些理论应该陷入奇点。 在任何情况下，最近曾经认为，曼彻克和WeatherAll（2018年）最近认为，即使人们确实接受了统一性的损失 - 似乎是标准计算的直截了当的结论 - 似乎仍称为矛盾的状态。

由Susskind等人发起的黑洞互补性的想法。 （1993），试图通过指出落入黑洞的宇航员经验的自我描述与外部观察者所做的描述不同，然后以辩证时尚互相播放相反的描述。 这是哲学争议的主题，因为它包括明显不相容的索赔，然后试图通过吸引对所谓的量子互补性的形式来调和它们，或（如此向批评者收取批评者）简单的验证主义（Belot等人。1999）。 外面的观察者永远不会看到缺少宇航员通过事件范围。 相反，她似乎有史以来，她似乎徘徊在地平线之上（如上面第3.1节所述）。 但一直虽然，黑洞也将放弃热量，萎缩，更热。 因此，黑洞互补伙伴表明，外面的观察者应该得出结论，在她穿过事件范围之前，缺少宇航员会被烧毁，结果是她州的所有细节将在外向辐射中返回，就像她和她的财物一样是如此。以更常规的方式焚烧; 因此，保存了信息（和标准量子演进）。

然而，这一建议在面对缺少观察者的事实面前飞行，在活动视野中没有任何普通的情况（如上文第3.1节所述）。 事实上，一般来说，她甚至无法知道她一直在通过一个事件视界，除非经典的一般相对论在我们期望没有量子效应来表现出来的制度中是非常错误的。 这显然与她经过地平线时，她可能会被烧毁的建议相矛盾。 黑洞互补的人试图通过同意缺少观察员会注意到在地平线上没有任何卓越的信息，但随后应该考虑到外部观察员的账户，遵守令人沮丧的宇航员的叙述。相同的方式，位置和动量是量子粒子的补充描述（Susskind等人1993）。 缺少观察者不能与外部世界沟通的事实，她通过事件视野幸存她的通道应该暗示这里没有真正的矛盾。 该解决方案对信息丢失悖论被批评为验证主义做出非法呼吁（Belot等人1999）。 相反，Bokulich（2005）认为，观察黑洞互补性的最富有成效的方式是一种新颖的量子重力理论如何恢复量子场理论的局部行为，同时适应黑色的新型物理洞。

Almheiri等。 （2013）最近声称，黑洞互补性在不同，更具物理面向的地面上不可行。 他们认为，由黑洞互补性承担的以下三个陈述不能全部：（i）霍克辐射处于纯净状态; （ii）辐射携带的信息从地平线附近的区域发出，具有低能量有效的场理论（即标准半古典近似），其有效超出了远程的一些微观距离; （iii）击败观察者在地平线上遇到没有任何罕见的观察者。 基于强大的理由来相信前两个命题，他们得出结论，对悖论的适当反应是在事件视界下有一个“防火墙”：从黑洞的袋子辐射的通量变得非常激烈，因此非常加速在进入黑洞时，缺少机构本身就是焚烧。

也许在身体上最保守的和相关性的哲学最不令人兴奋的建议是否认隐含假设，在黑洞蒸发过程中，霍克辐射与精确热量的偏差可以忽略不计。 因此，问题Prima Facie不会出现，因为所有量子信息都可以在那些不热相关中逃脱。 该提议面临着严重的挑战，表明这种非热校正丰富，足够大以携带所有可能的身体中落入黑洞的所有可能的信息。 Hawking等。 （2016）在这静脉中争辩说，黑洞确实有头发，违反了无头发定理，这使得能够维持早期和晚期叫约时间辐射之间的相关性以保护信息。 DVALI（2015）认为，霍克灵辐射的精确热性，与其他关于黑洞热力学和量子场理论的其他明确的结果，暗示了黑洞熵是无限的; 因此，他的结论是，必须与热性偏差。 任何此类论点都必须得出结论，从完美热力的偏差是大的 - 否则不希望编码足够的信息，以记录关于蒸发前落入黑洞的每个物理系统的恢复数据。

黑洞的蒸发具有另一个惊人的后果，这提高了我们目前的量子场理论和粒子物理学图片的深远哲学和身体问题：它意味着Baryon和Lepton号码不需要保守。 假设一个由〜1057个放鼻折叠组成的中子星，以形成一个黑洞。 蒸发后，所得的Baryon数基本上为零，因为它绝大多数可能是黑洞将辐射Baryon数零的颗粒。 （辐射不是充满活力的，足以产生雷芳，或许，也许是蒸发的最晚期阶段。）这个问题似乎不作为非标准量子演化的想法如此多的粒子物理学或一般相对性界的搅拌研究人员尽管保留了压窝和leptons，但肯定是原则，也可以作为量子演化的统一性的原则。[18] 如果我们的标准进化证据表明，他们可能会争辩说他们更加根本，因为我们的保育原则的实证证据简单而立即，这不是：一个人在观察到的互动解释问题之前和之后只计算粒子量子理论中的测量问题和波浪功能的可能的“塌陷”不承担它。 （参见量子力学的条目。）

Okon和Sudarsky（2017年）实际上最近认为信息丢失悖论与量子力学中的测量问题之间存在密切联系。 他们的论点对信息丢失悖论提出了进一步的问题。 为什么可以通过违反统一性的可能违反的物理学家似乎被黑洞蒸发所引起的，当几乎所有的自我相同的物理学家根本都不担心量子力学的测量问题，以及每次违反每次发生的统一性的行为测量进行了吗？ 一个可能的解释可能是最好被描述为“社会学”：大多数理论家，作为参与这场辩论的人，永远不会模拟实验，因此不要直接在他们的工作中面临测量问题。 因此，它通常不是他们思想的最前沿的问题。 沿着同一条线，这个地区的许多科学家也在宇宙学中工作，其中一个人认为“宇宙的波浪函数”，这是一个对象，似乎不承认对它进行测量的外部观察者，因此在他们的工作中不会出现崩溃问题。 也许是一个更有趣的解释，一个不被Okon和Sudarsky讨论的解释，是信息丢失悖论为违反统一性提供了明确的物理机制。 在测量过程中，似乎违反了对量子力学缺乏了解的文物，这可能更容易违反统一性，而不是对世界上发生的事情的反映。 人们不能驳回可能违反信息丢失悖论的同性恋，如此平等：它似乎是一种物理可能的系统行为模型的积分，明确的一部分，具有铰接机制来实现它。

此外，华莱士（2020）已经向另一个拼图引入了哲学家，与黑洞蒸发背景下的信息损失密切相关。 由于缺乏一个更好的术语，从标准问题区分它，我们称之为“页面时间悖论”，因为它首次由Page（1993）制定，并在蒸发黑洞的演变中转向计算的杰出时间，所谓的页面时间，那个黑洞原始熵的一半的时间已被辐射。 页面表明，黑洞蒸发的治疗之间存在明显不一致，其在统计力学方面完全配制，以及用于霍克辐射的衍生中使用的标准半古典处理。 华莱士强烈地争辩说，这种难题是无可争议的矛盾的，完全离婚来自统一性是否失败的问题，并提高了自己的深刻哲学问题。

最近，解决页面时间悖论有相当大的进展（参见Almheiri等，2021审查）。 特别地，在各种作品中，已经提出了一种用于计算霍基辐射的细粒熵熵的新的重力公式（最终在工程中，似乎再现页曲线（Pennington 2020）。 该公式涉及广义熵，即二维表面的区域以及表面外部的量子物质场的熵。 粗略地选择表面，使得广义熵最小化。 对于蒸发的黑洞，有两个这样的表面：具有消失区域的差异表面，以及地平线后面的非平坦表面。 在早期次级化表面的广义熵低于非平凡表面的熵，但是在页面时间围绕着不普通表面的熵变低。 通过在这两种贡献之间转换，霍金辐射的熵紧密地跟随页面曲线。 这种结构最明确于二维Dilaton - 重力玩具型号，并且在更高的尺寸方面具有定性地理解。 此外，引力式从两种不同的组衍生自引力路径整体方法（Penington等，2022和Almheiri等，2020）。

总而言之，关于信息损失悖论的辩论突出了不同有效理论之间关系的概念重要性。 在root时，辩论是在哪里以及我们有效的物理理论将会分解：他们可以信任，他们必须被更具足够的理论所取代的地方？ 这与我们如何解释仅仅有效的物理描述的本体的问题有明显的联系，以及我们如何理解他们提高的出现和减少的问题。 （参见，例如，威廉姆斯2017年对平板空间的量子场理论的背景下的有趣调查。）信息丢失悖论也在其他方式中逐渐抨击本体论问题。 当物质形成黑洞时，将其转化为纯粹的重力实体。 当黑洞蒸发时，将空间曲率转化为普通物质。 因此，黑洞对于我们对物质和时空之间的关系的理解似乎至关重要，因此提供了调查超空间的本体，材料系统和它们之间的关系的重要舞台。

6.3。 量子重力的路径？

黑洞热力学和关于量子田在存在强烈的引力领域的结果毫无疑问，在理论物理学中最广泛接受，最深刻的可信度的结论，其中我们目前的最佳，最深刻的理论 - 一般相对论和量子现场理论 - 在看似富有成效的和谐中共同努力。 事实上，黑洞具有物理温度和熵，并且在重力，量子场理论和热力学之间存在迄今为止的未缺点和深刻的连接，现在广泛地接受了理论物理的一个想法，作为没有直接的想法经验证实可以是。 因此，对黑洞热力学的研究Prima面部的研究对于我们寻求更深入的量子重力理论，其中两者在所有已知的物理现象的统一账户中，从规模的行为中依赖于统一的账户。10-17厘米，以1032厘米的尺寸为星系的超级全团的宇宙学结构。 （参见量子重力的进入。）没有广泛分享的是这一指导据称向我们展示的道路的愿景。

我们只列出了这里出现的许多基本和哲学问题的一个小样本。 完全讨论超出了本文的范围。

鉴于潜在的统计力学的表观需要地接地黑洞的热力学行为，这是否意味着最基本级别的时空本身必须具有离散结构？ （参见，例如，Sorkin 2005和Oriti 2014.）

如果是这样，从什么意义上是古典的，连续的时空结构“出现”从底层离散结构？ （参见，例如，Oriti 2014，Wüthrich2017和van Dongen等。2020年）

重力的热力学特征表明，一般相对性的爱因斯坦场方程应该仅被认为是一个有效的国家方程（例如，雅各布森1995），因此本身并不是一个适当的候选人作为试图“的基础”量化“重力？

如果是这样，可以引力本身被衍生成纯热力学现象（例如，verlinde 2011，Padmanabhan 2015和雅各逊2016）？

如何通过将两个看似相互矛盾的理论扩展到远远超出我们的实验范围的政权的一系列理论模型，只要我们的直接遵守它的外观，即持有它的基本物理原则，就可以提供任何证据？

华莱士（2019）概述了黑洞热力学对量子重力的一些程序的关系，尤其是与字符串理论和广告/ CFT对应相关的那些，以及相关的基础问题。

7.模拟黑洞和霍金辐射

宏观黑洞的Hawking温度是难以想象的。 对于银河系（射手座A *）中心的黑洞，大约400万太阳能群众，大约是10-14克尔文。 即使是一个太阳能质量的黑洞也会具有大约60亿分之大的海塞文。 因此，直接实验验证其存在似乎超出了可想象的领域，至少对于宏观黑洞。 （如果没有别的，那么普通的宇宙微波背景辐射就会完全淹没，它本身约为2.7 kelvin，相比之下是潮流的地狱。）

1981年，尚未指出，在最平凡和普通的物理系统中，流动的水（在特定条件下）应该发生霍克灵辐射的直接类似物。 他的想法的身体基础几乎显然简单：如果水比其声速更快地流过边界，那么为水中的任何干扰形成有效的事件范围形式，这将以声音速度传播，必然将“被困”在边界后面。 然后，他认为，在霍金辐射（Unruh 1981,2008）中，热化光谱将发生在边界处的水小波散射。 从那时起，已经发现了用于在各种流体，固态，光学和量子系统中脱胶辐射的模拟模型。 （见Barceló等。2011，Robertson 2012，Jacobson 2013和Faccio等，2013年的评论。）

对我们来说最令人兴趣的重要事实是，因为近unuh的论点只依赖于无逃脱边界的简单物理性质和通过散射这种边界的散射散射而导致的热化辐射的低能量行为，而近尚未结论所谓的“愚蠢的漏洞”（愚蠢，因为沉默）可以作为测试黑洞的抱怨辐射的存在的实验可行的代理（Leonhardt和Philbin 2008）。 特别地，对模拟模型的有效性被认为是，霍金辐射的基本特征是由于各种各样的物理系统满足的少数简单，正式的运动条件;Schützhold2005;近2014年）。 特别地，辐射状行为与来自黑洞真正的霍克辐射的辐射状行为与一般相对性的任何特定动态特征类似于真正的动态特征无关。 因此，思想来看，为了检测任何这些系统中的任何一个袋辐射的模拟提供间接但对存在实际的霍金辐射的强度确认支持。 此外，现在几种要求是通过实验检测的模拟霍克辐射：Belgiorno等人。 （2010）基于超短激光脉冲丝，即透明Kerr介质中的强烈激光脉冲（具有三阶光学非线性的那些）; Weinfurtner等。 （2011）基于阻塞超音速流体流动; Steinhauer（2014）基于由爱因斯坦 - Bose凝结物中的声子组成的“黑洞激光器”; 列表继续。 所以，霍金辐射已经通过实验证实，即使只是间接呢？

从哲学角度，dardashti等。 （2017）争辩说，事件视野和霍金辐射的这种模拟模型可以为实际黑洞周围的抱怨辐射提供强大的确认支持。 事实上，他们认为这些特殊类型的类似物模型和他们声称提供提供的伴随的支持是新颖的，这两者都是在哲学文学中未经调查的一种，以及在实际科学实践中创新的意义上的一种。 （请参阅类比和模拟推理的条目。）他们基于这些不仅是理论模型的事实，而是可以是 - 并且被实施为实际实验，因此构成不仅仅是类似的类似推理，而是实验控制的物理仿真。 如果一个人接受某种普遍性的争论（Unruh和Schützhold2005），他们声称，后一种特征是借给模拟模型的后一种特征，可能是对实际霍克灵辐射的强大验证支持的可能性; 相反，没有接受那种普遍性的论点 - 如果模型仅仅基于标准的类比理论推理 - 根本没有确认支持。

Gryb等人。 （2021）在这种情况下比较似乎需要的普遍参数似乎需要更标准，熟悉在重新运行组方法上下文中所做的参数的标准。 他们得出结论，所有可用的普遍性争论使得支持模拟实验来确认抱怨辐射的存在是在他们共同执行的六个类别中的至少一个中工作（鲁棒性，普遍性，身体合理性，鲁棒性和普遍性的理论基础的全面性，经验支持和整合或一致性），集成失败是最严重的问题。