一、信息守恒

　　1.它是什么？

　　信息守恒是量子力学的一条基本原则。它断言：

　　一个封闭量子系统的完整信息（由其波函数描述）永远不会丢失或被摧毁。它只会随着时间的推移，以确定性的、 unitary的方式演化（遵循薛定谔方程）。

　　2.这意味着什么？

　　可逆性：理论上，如果你知道一个系统在时间T的所有细节，你完全可以推算出它在任何过去或未来时间T'的状态。这个过程在数学上是可逆的。

　　不同于热力学熵：这不同于日常生活中的“信息丢失”。比如，烧掉一本书，宏观上看信息消失了（纸灰无法告诉你书的内容）。但在量子力学层面，组成这本书的所有原子的量子态信息依然存在，只是变得极其复杂和难以解读，但从未被真正抹除。

　　二、量子纠缠

　　1.它是什么？

　　量子纠缠是量子系统之间一种强大的关联。当两个粒子纠缠后，无论它们相距多远，对一个粒子的测量会瞬间决定另一个粒子的状态。

　　关键点是：这种关联是非定域的，但它不允许超光速传递信息。

　　2.信息的角色

　　纠缠本身并不创造或毁灭信息。它只是将两个粒子的信息以一种高度关联的方式共享。两个纠缠粒子的总信息是守恒的，但每个单独粒子的信息变得不确定（“混合态”），直到被测量。

　　三、两者的冲突：黑洞信息悖论

　　现在，我们把这两个概念结合起来，看看著名的黑洞信息悖论，这正是您问题背后的深层含义。

　　霍金辐射：斯蒂芬·霍金发现，黑洞会因为量子效应而发射辐射（霍金辐射），并因此慢慢蒸发、缩小直至消失。

　　问题所在：霍金最初的计算表明，霍金辐射是完全随机的、热性的（只取决于黑洞的质量、电荷、角动量）。它不携带任何关于哪些物质落入黑洞的信息。

　　悖论：

　　如果黑洞完全蒸发，只剩下热辐射，那么所有落入黑洞的物质的信息似乎就永久丢失了。

　　这严重违反了量子力学的基本法则——信息守恒。

　　量子纠缠如何卷入其中？

　　霍金辐射的产生过程本身就涉及量子纠缠。

　　在事件视界附近，量子涨落会产生一对相互纠缠的虚粒子（粒子A和粒子B）。

　　其中一个粒子（A）落入黑洞，另一个（B）逃逸出去，成为霍金辐射。

　　逃逸的粒子（B）与落入黑洞的粒子（A）是纠缠的。

　　最初的矛盾：

　　随着黑洞蒸发，最终所有落入的粒子（A）都会随着黑洞消失。

　　这意味着，所有逃逸出去的霍金辐射粒子（B）原本的纠缠伙伴（A）都消失了。

　　根据量子力学，一个粒子不能“单独纠缠”。这些逃逸的粒子（B）必须与某些东西纠缠。

　　霍金最初认为，它们会与后期辐射的粒子随机纠缠。但这种随机纠缠会导致一个严重问题：它会让不同时间的辐射粒子之间产生一种不允许的、“过分”的关联（称为量子态克隆），这同样违反量子力学。

　　四、可能的解决方案：信息守恒的胜利

　　现代物理学界的主流共识是：信息一定是守恒的。霍金自己也最终承认了这一点。那么信息是如何逃出来的呢？这就与纠缠的微妙变化有关。

　　最被看好的解决方案：

　　纠缠转移与信息释放：

　　随着黑洞蒸发，其内部质量减小。逃逸的霍金辐射粒子（B）并不会永远与落入粒子（A）纠缠。

　　在黑洞生命周期的某个阶段，一种复杂的量子过程会发生。逃逸粒子（B）的纠缠关系会从落入粒子（A）转移到其他早先逃逸的霍金辐射粒子（C， D， E...）上。

　　通过这种复杂的、全局的纠缠网络，关于落入物质的信息被编码并存储在全部的霍金辐射中。单个辐射粒子是热的、随机的，但整体辐射场却包含着隐藏的信息结构。

　　全息原理：

　　这个原理认为，落入黑洞的所有信息其实并没有进入内部，而是被编码储存在事件视界的二维表面上了。霍金辐射可以看作是从这个“宇宙硬盘”中读取数据的过程，因此信息自然得以保留。

　　总结来说：

　　信息守恒是量子力学的铁律，必须被遵守。

　　量子纠缠是信息在黑洞蒸发过程中得以保存的关键机制。

　　最初的计算显示信息丢失，是因为没有完全考虑纠缠在黑洞整个生命周期中的动态和全局特性。

　　现在的观点认为，通过一个极其复杂的、由纠缠主导的过程，信息被“打碎”并“稀释”到整个霍金辐射场中，从而得以守恒。