纠缠中的宇宙：量子、黑洞、虫洞理论中的洞我们的故事从一个

理论中的洞
我们的故事从一个多世纪前开始。
1915年11月，爱因斯坦提出了广义相对论场方程，推翻了经典的引力概念。广义相对论认为，宇宙中的一切引力现象，不管是苹果从树上掉下来，还是遥远星系的旋转，都是所处的时空发生了弯曲而引发的。引力被看成了时空弯曲的体现，而不是两个天体质量的相互吸引。

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一个多世纪来，广义相对论经受了越来越精细的天文观测的考验，然而，物理学家们对它的怀疑却逐渐增加。这个理论把时空描述为连续光滑的背景。当大量物质聚集在一个很小的地方时，可能把这里的时空弯曲得如此严重，会产生一个黑洞——一个具有超强引力的时空结构，以至于几乎没有什么物质可以从中逃离出去。这时，问题就来了。
黑洞虽然是广义相对论早期的一个预言。但是在20世纪70年代，以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦和英国物理学家斯蒂芬·霍金借助于量子理论，推导出一个关于黑洞的奇怪结果：黑洞既有温度，也有熵。熵是衡量系统混乱程度的物理量，一个系统越混乱，熵也就越高。
但是，如果黑洞只是光滑时空的极端结构，那么它应该没有任何子结构啊，哪儿来的熵呢？许多物理学家认为，引入量子力学而产生的这个矛盾表明，爱因斯坦的理论并不是完整的，也就是说它不是现实的完全写照。
鬼魅般的超距作用
但爱因斯坦并不这么认为，他反过来指控量子理论是不完整的。而且在1935年，爱因斯坦与他的同事鲍里斯·波多尔斯基、纳森·罗森一起发表了一篇论文，揭露了他们所找到的量子理论中最大的谬论。他们发现，量子理论可以推导出两个粒子可以瞬时彼此影响的怪异现象，即使它们各在宇宙的一端——这就是“量子纠缠”现象。在爱因斯坦看来，这是极不合理的，肯定是量子理论中缺失了什么导致的。
根据量子力学，一个粒子可以同时处在一种或多种状态之下，比如一个粒子的自旋方向可以处在顺时针或逆时针状态，或者同时处在顺时针和逆时针状态，但具体处在什么状态却只能使用概率来描述。不过一旦对粒子进行测量，粒子的自旋方向就会确定是顺时针还是逆时针。
如果两个粒子处于纠缠态，它们的自旋方向是互相关联的。比如刚产生的一对虚粒子互为纠缠，而且要满足角动量守恒为零，那么它们的自旋方向必须相反，对第一个粒子进行测量并发现是顺时针，那么另一个粒子自旋状态瞬间就变成逆时针，即使它们相隔数万光年。
量子纠缠是量子理论中最为诡异的现象，它实在是太不可思议，难怪被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用” 。但它也经受住了严格的实验检验，有些都比检测广义相对论设计的更为精确。
两个都经过严格检验的现代物理学基础理论的矛盾继续无解，如果把量子纠缠应用到黑洞那里，并仍继续用广义相对论来分析，会产生极为不愉快的结果：信息在黑洞里面似乎被摧毁了。而根据量子物理，信息是不能被摧毁的。如果信息真的不能被摧毁，那么黑洞表面（也叫事件视界）上应该会出现一个由炽热的高能粒子构成的“火墙” ，而“火墙”的存在却与广义相对论矛盾。
黑洞“火墙”悖论
20世纪70年代，霍金证明了黑洞会产生辐射。这个机制必须借助于量子理论才能得出。量子理论认为，真空中会不断产生一对互为纠缠状态的虚粒子，它们诞生之后就会迅速发生湮灭。但是，这个事情如果发生在黑洞表面时，一个粒子可能向外飞走，而另一个会掉进黑洞。这样，黑洞会源源不断地向外辐射粒子。这就是霍金辐射。

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如果没有新的物质落到黑洞里去，一个黑洞可通过辐射而完全蒸发掉。但问题是在量子理论中，信息是神圣不可侵犯的：它永远不会被销毁。因此，如果一个黑洞完全蒸发掉了，那么里面物质携带的信息跑哪儿去了？
这个“信息悖论”的一种解决方案是，信息随霍金辐射一起逃了出去。但是在2012年，一些物理学家发现，如果是这样的话会产生其他的悖论。因为，要想让信息不丢失，一个掉进黑洞途中的辐射粒子必须与之前更早期离开这个黑洞的其他辐射粒子发生纠缠，而不只是与它一起诞生的那个离开黑洞的伙伴粒子发生纠缠。