黑洞实际上是台计算机?

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资讯发布 发表于 2019-12-2 12:32:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
黑洞实际上是台计算机?

大多数的人认为电脑只是个有特殊功用的装置:坐落在书桌上的流线形盒子,或者是内含指甲般大小晶片的高科技咖啡壶。但对于物理学家而言,所有的物理系统都雷同电脑。岩石、原子弹和星系也许没有安装Linux,但它们也会记载与处置惩罚信息。每一个电子、光子和其他基本粒子都储存着数据资料,每当两个粒子交互作用时,这些信息信息便会转换。实体的存在与信息内容繁复地连结在一起。对于所有事物的运算法则来说,黑洞好像是个例外。将信息输入黑洞是毫无困难的,但根据爱因斯坦的广义相对论,要从中取出信息是件不可能的事。物质一旦进入黑洞便会被彻底消化,其构成细节将无可挽回地丧失。

黑洞实际上是台计算机?

在19世纪时,统计力学的创建者为相识释热力学定律,便发展了厥后所谓的信息理论。乍看之下,热力学与信息理论是两个截然差异的世界:一个用来描述蒸气引擎,另一个则使通讯发挥最大效益。但是在热力学中限定蒸气引擎做功效能的物理量─熵,其实与物质分子的位置和速度所记载的信息比特数成正比。

发明于20世纪的量子力学,赋予此项发现一个牢固的定量基础,并引入了杰出出众的量子信息概念。构成宇宙的信息比特称为量子信息比特,其性质远较平凡信息比特更加杰出。以信息比特来分析宇宙,并不会代替传统上以力与能量所做的分析,但它简直发现了令人惊讶的新究竟。宇宙并不但是个巨大的电脑,它其实是个巨大的量子电脑。

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究竟上,此量子电脑系统着实太快了,根本无法以中央时钟控制。翻转一个信息比特所需的时间,约莫便是将讯号由一个信息比特传到它相近信息比特的时间。所以,终极笔记型电脑是高度平行化的:它不是以单一处置惩罚器运作,而是以广大的处置惩罚器阵列、每个处置惩罚器几乎独立运作,但结果是处置惩罚器之间的传输沟通相对较为缓慢。

比力来看,一台通例计算机每秒钟翻转其信息比特约莫10*9次,存储约10*12比特的信息,且只包罗单一的处置惩罚器。如果摩尔定律可以大概保持的话,你的后代子孙将有可能在23世纪中期买到一台极端掌上计算机。在某种意义上,如果你认对了人,你究竟上已经可以大概买到这样的装置。一千克的一块物质完全转化为能量,这正是一颗2000万吨级氢弹的工作界说。

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如果任何物质团块都是电脑,那么黑洞就是个被压缩到最小可能体积的电脑了。当电脑缩小时,其组件间相互施加的重力会变得非常强盛,最终将强盛到没有任何实质物体可以逃走的地步。 那么,黑洞电脑实际上如何工作呢?

物质一旦进入黑洞,它将永远消散:所谓的变乱视界就表现这个消散点。快速坠落的粒子相互作用,在抵达黑洞中心奇异点前的有限时间里进行运算,然后消散。物质在奇异点被压扁时发生了什么事,取决于量子重力理论的细节,这理论现在尚不清楚。为了计算如原子等传统物质的记忆容量,我们可使用统计力学和宇宙学中的尺度方法。物质在转换成活跃的无质量粒子时,可包罗最多的信息;其熵的密度与其温度的立方成正比。粒子的能量密度则与其温度的四次方成正比。因此,总信息比特数便是总运算次数的3/4次方。

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如果粒子还含有某些内在构造的话,信息比特数目可能还要再高些。这些信息比特翻转的速率比彼此间通讯的速率还快,所以传统物质雷同于终极笔记型计算机而非黑洞,是高度平行化的计算机。 至于暗能量,物理学家并不知道它究竟是什么东西,更别说要如何计算它可生存的信息量了。但全像原理暗示了宇宙最多可生存10123个信息比特──几乎与总运算次数雷同。这两个数字的大致相等,绝非偶尔。我们的宇宙接近临界密度。

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如果它的密度比临界密度再高一些,将会导致重力塌缩,就像掉入黑洞的物质一样。因此宇宙的密度符合到达最大运算次数所需的条件。我们不管暗能量是什么,它并没有执行大量的运算。究竟上,它也不需要执行大量运算。由于就运算而言,补偿宇宙的失落质量并使宇宙加快膨胀,只是个简朴的工作。

宇宙究竟在运算什么?它是以尺度模型为动力来源,宇宙计算量子场、化学物质、细菌、人类、星球和星系。当它运算时,会把自身的时空几何,以物理定律所允许的极限准确度刻画出来。 这些延伸涵盖了平凡计算机、黑洞、时空泡沫和宇宙学的结果,就是天然统一性的证明。它们显示了基础物理观念内在的连结。虽然物理学家还尚未拥有一套完备的 量子重力理论,但岂论那是什么,他们知道那肯定与量子信息精密地联合在一起。


来源:https://www.toutiao.com/a6741134248155038216/
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