辐射的受激发射与黑洞信息问题

黑洞的量子理论为研究广义相对论与量子场论的交叉开辟了一扇窗口，但关于投向黑洞视界的经典信息命运以及蒸发过程幺正性的看似悖论，已使研究者质疑物理学的基础。在这篇教学性综述中，我阐明了以下事实的含义：黑洞不仅自发辐射，还会以受激方式对落入的物质和辐射作出响应，发射出这些场的近似克隆。我回顾了基于爱因斯坦黑体处理的早期纯统计论证，然后证明黑洞的Holevo容量（通过量子信道传输经典信息的容量）恒为正。接着我展示受激发射如何将黑洞变成一个近乎最优的量子克隆机，并进一步讨论黑洞传输量子信息的容量。借助黑洞物理与非线性光学之间的类比，我展示了利用黑洞$S$矩阵路径积分的离散化计算黑洞随时间的演化，得到行为良好的Page曲线，表明黑洞蒸发是幺正的。最后，我推测了黑洞中辐射受激发射可能的可观测后果。