信息能逃离黑洞吗？物理学家当然希望如此
这个悖论是现代物理学的一大难题
2024年5月2日

◆图：并非所有进入黑洞的东西都会丢失。

黑洞信息悖论是让科学家夜不能寐的物理问题之一。它击中了现代物理学中一个关键问题的核心:我们无法调和广义相对论和量子力学的事实。这都是黑洞的错。

量子力学和广义相对论都是人类知识和创造力的巅峰。的确，我们应该为自己以及我们对宇宙的了解感到自豪。尽管如此，这两者并不能很好地合作，当遇到某些极端的物体或事件时，它们就会崩溃——这是一个大问题。黑洞信息悖论就是这种情况之一。

在古典和量子物理学中，关于系统属性的信息允许我们确定过去和未来的状态。黑洞似乎是一个例外。20世纪70年代，英国物理学家斯蒂芬·霍金意识到黑洞的特性只取决于少数几个全局参数:质量、电荷和角动量。这还不是全部。一旦它们不再进食，黑洞就会以现在所谓的形式失去能量霍金辐射根据他最初的计算，它与初始状态无关。“黑洞没有头发”的说法由此而来。

霍金辐射将没有过去，任何落入黑洞的东西都将突然没有未来。落入黑洞的信息将无法挽回地丢失。如果是这样的话，这对物理学来说将是一个巨大的问题——但人们认为信息确实被保存了下来，并从黑洞中逃逸出来。物理学家不确定的是怎么事情败露了。

【中美研究合作：核聚变实验实现两方面关键技术突破】美国和中国研究人员近日在英国《自然》杂志上发表论文说，他们在托卡马克核聚变实验中取得突破性进展，不仅提高了等离子体密度上限，同时可使等离子体保持高约束模式的稳态运行。新研究将受控核聚变技术向着商业化方向又推进一步，但能否推广到更大规模的设备上仍有待验证。

受控核聚变技术有望为人类提供近乎无限的清洁能源，帮助人类摆脱对化石燃料的依赖。托卡马克反应堆是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置，被认为是利用核聚变发电的反应堆中最有前景的设计之一。在托卡马克反应堆内，氢的同位素氘和氚被加热到超高温度以产生等离子体，强磁场将高温等离子体约束在环形管道中，使其发生聚变反应。

英国《新科学家》杂志报道说，通常认为，在托卡马克核聚变反应中存在一个等离子体密度临界点，即“格林沃尔德极限”。实验表明，增加等离子体的密度可以提高能量产出。然而当等离子体密度达到“格林沃尔德极限”后将无法进一步提升，否则等离子体就会逃脱磁场约束，造成反应堆损坏。

在最新研究中，美国通用原子公司、劳伦斯利弗莫尔国家实验室和中国科学院等离子体物理研究所等机构参与的团队成功让美国杜布莱特III-D托卡马克核聚变实验装置在等离子体平均密度比“格林沃尔德极限”提高20%的情况下，稳定运行了2.2秒；同时还实现了能量约束水平比标准的高约束模式高出约50%。

据报道，研究人员尝试将已有的不同方法结合起来，创造出一种新的运行机制。他们通过提高“甜甜圈”形状等离子体的核心部位密度来增加能量输出，同时允许等离子体密度在靠近安全壳的边缘下降，从而避免等离子体逃逸。他们还向等离子体中注入氘气，以平息特定部位的反应。

研究人员指出，该运行机制可以支持世界上现有核聚变反应堆设计中的一些关键要求，并为生产具有经济吸引力的聚变能源开辟了一条潜在途径。（配图为资料图）

Nature刊文：核聚变关键技术有新突破！

托卡马克反应堆是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置，被认为是利用核聚变发电的反应堆中最有前景的设计之一，但其通常被认为存在一个等离子体密度临界点，即“格林沃尔德极限”。
4月26日，美国和中国科研人员在《自然》（Nature）上发表研究称，他们在托卡马克核聚变实验中取得突破性进展，提高了等离子体密度上限，同时使等离子体保持高约束模式的稳态运行。

研究人员尝试将已有的不同方法结合起来，创造出一种新的运行机制。他们通过提高“甜甜圈”形状等离子体的核心部位密度来增加能量输出，同时允许等离子体密度在靠近安全壳的边缘下降，从而避免等离子体逃逸。
他们还向等离子体中注入氘气，以平息特定部位的反应。利用该运行机制，美国杜布莱特III-D托卡马克核聚变实验装置的等离子体平均密度比“格林沃尔德极限”提高了20%，并在此情况下稳定运行了2.2秒，能量约束水平也比标准的高约束模式高出约50%。
值得一提的是，该运行机制可以支持世界上现有核聚变反应堆设计中的一些关键要求，将受控核聚变技术向着商业化方向又推进了一步，但能否推广到更大规模的设备上仍有待验证。
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