量子黑洞证明贝肯斯坦的黑洞质量猜想

在上世纪的大部分时间里，量子物理和广义相对论就像是一场封建包办婚姻：没有任何感情基础，完全在外人的介入下，强行撮合到一起。

现在，关于黑洞的量子性质的数学，可能向我们展示了如何日久生情——哪怕一开始彼此看不顺眼——这至少足以产生有关宇宙如何在宏观和微观尺度上相互融洽的宏伟新理论。

一组物理学家在数学上证明，黑洞有个怪异癖好，可以以量子叠加的状态存在，同时占据了所有可能的特征。

他们的计算表明，在一种理论黑洞中(BTZ黑洞)，质量的叠加，同时占据了令人惊讶的不同质量带。

通常，粒子都可以存在于叠加态中，只有在观察后才能确定其自旋或动量之类的特征。

虽然某些粒子属性(如电荷)仅以离散单位出现，但它们的质量不会以典型方式量子化，而是意味着未被观察到的粒子的质量随机位于某个范围内。

然而，最新研究发现，黑洞持有的质量叠加倾向，会以量子化方式构建质量形态。这可以为我们提供一个新的框架，以探测量子效应对黑洞的重大影响，并弥合相对论和量子理论之间的矛盾。

“直到现在，我们还没有深入探究黑洞是否会显示量子物理学的一些奇异行为。”澳大利亚昆士兰大学的理论物理学家Joshua Foo解释说。“一种这样的行为就是叠加，量子尺度上的粒子可以同时存在于多个状态。最广为人知的就是薛定谔的猫，可以既是死的又是活的。”

“但是，对于黑洞来说，我们想看看它们是否可以同时拥有截然不同的质量，事实证明它们可以。这种情况在直觉上令人困惑，因为我们习惯于经典物理学的世界。但这就是量子黑洞的现实。”

黑洞的极端重力环境是探测量子引力的极好的实验室。

因此，Foo和同事开发了一个数学框架，允许物理学家考察位于量子叠加状态的黑洞外的粒子。

质量是他们分析的主要特性，因为质量是可测量的黑洞的三大基本特征之一。

“我们没有添加任何额外条件，直接证明了贝肯斯坦的黑洞质量假说。”

研究人员说，为了完善量子引力，他们现在澄清的，诸如量子黑洞等概念，是必不可少的。

他们的理论框架还允许对叠加时空，以及进入其中的粒子进行更详细的研究。

Zych说：“宇宙向我们揭示，它总是比我们大多数人想象的更奇怪，神秘和迷人。”

该研究已发表在Physical Review Letters中。

https://www.sciencealert.com/black-holes-in-quantum-states-have-surprisingly-weird-masses

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