廣義相對論和量子力學的矛盾：資訊悖論
黑洞：宇宙中最極端的天體
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黑洞是宇宙中最極端的天體之一。它們由大質量恆星的重力崩潰形成，能扭曲時空到連光都無法逃脫的地步。除了強大的引力效應之外，黑洞還隱藏著一個更深層的謎題：黑洞資訊悖論（black hole information paradox）。
物理學核心的悖論
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根據愛因斯坦的廣義相對論（general relativity），任何穿過黑洞事件視界（event horizon）的物質或訊息就永遠消失了。物質、能量，甚至整顆恆星都會被整個吞沒，彷彿從宇宙中消失。
但問題來了：量子物理（quantum physics）主張資訊不能被摧毀。換言之，理論上我們應該能重建掉進黑洞的那段資訊；然而廣義相對論卻說資訊已經永遠消失。
這兩個基礎理論——廣義相對論和量子力學（quantum mechanics）之間的矛盾，就是所謂的黑洞資訊悖論。
霍金輻射與謎團加深
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在20世紀70年代，物理學家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）發現黑洞並非完全黑暗：在事件視界附近的量子效應會讓黑洞發出極微弱的輻射，這就是霍金輻射（Hawking radiation）。這種輻射會讓黑洞隨時間逐漸蒸發。
但麻煩在於：霍金輻射看起來是隨機的，並不攜帶關於被吞物體的資訊。若黑洞最終完全蒸發消失，似乎那批資訊也隨之消失，違反了量子資訊守恆的原則。
各種可能的解法
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物理學界提出了幾種嘗試解決此悖論的想法：
– 資訊外洩（Information leaks out）：有理論認為霍金輻射確實在高度混淆的形式下攜帶資訊，但要嚴格證明這點十分困難。
– 全息原理（Holographic principle）：源自弦論（string theory）的一個激進想法，主張黑洞內部的所有資訊其實都編碼在黑洞表面上，像全息圖一樣。
– 防火牆假說（Firewall hypothesis）：這個具爭議的想法認為事件視界並非光滑，而會燃燒任何試圖進入的物體，並可能在此處釋放資訊。
– 黑洞互補性（Black hole complementarity）：此觀點提出，依觀測者不同，資訊既可能在視界被反射，也可能穿過視界；兩種描述互補而不矛盾。
為什麼這個問題重要
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解開黑洞資訊悖論不只是關於黑洞本身——它可能引領我們找到量子重力（quantum gravity）的統一理論，彌合量子力學與廣義相對論之間的鴻溝。這是理論物理中最深刻且尚未解決的問題之一，破解它將有望帶來對時空與現實結構全新的理解。
