神理论:人掉入黑洞会怎样?死了的同时还又活着
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- 作者:newtype2001
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从另一方面讲,物理学定律也要求你穿越边界时,没有遇到炽热粒子流或任何非正常事物。否则,你将违背了爱因斯坦的“最愉快的想法”和他的广义相对论。因此,物理学定律要求你必须同时具备两种状态,即黑洞外的一堆灰烬和黑洞内的活生生的人。最后,还有第三条物理学定律要求信息不能被克隆。也就是说,你必须同时处于两个地方,但事实上只有一个你自己。
这样听起来好像很矛盾,物理学定律让我们得到一个似乎非常荒谬的结论。物理学家将这种矛盾的结论称为“黑洞信息悖论”。幸运的是,科学家们于1990年找到了解决这一悖论的方法。美国物理学家李奥纳特-苏士侃认为,这一悖论并不存在,因为没有任何人看到过自己的克隆版本。安妮只看到了那个化为灰烬的你,你也只看到了存活的自己,你和安妮永远无法将这两个“你”进行对比,也没有第三者同时看到黑洞内外的你。因此,没有任何物理学定律会被打破。除非你要求必须弄清楚哪个故事是真实的,你究竟是活着还是死的。
间隔很远的粒子之间可能会发生莫名其妙的“纠缠”
黑洞告诉我们一个重要的秘密,那就是没有所谓的“真实”。“真实”取决于你在问谁,既有安妮认为的“真实”,也有你认为的“真实”。
2012年夏天,由物理学家艾哈迈德-艾尔姆赫里、唐纳德-马罗尔夫、乔-波尔金斯基和詹姆斯-苏利等人组成的研究团队AMPS提出一个思想实验设计方案,该方案可能彻底颠覆此前我们对黑洞的所有认识。
AMPS团队认为,苏士侃的方案取决于一个事实,那就是你和安妮之间的任何分歧都可以通过黑洞边界来解决。如果安妮看到了被霍金辐射烧成灰烬的不幸版本的你,那问题不大,因为有黑洞边界,所以她看不到另一侧漂浮于黑洞内的另一个版本的你。但是,如果她有机会看到另一侧的你,那怎么解释?正常的相对论并不认为这是一个问题,但量子物理学则让这个问题变得复杂化。万一安妮可以看到边界另一侧的场景,比如利用爱因斯坦所称的“幽灵超距作用”这一方法,那该怎么办?
当两组被隔离在不同空间中的粒子不可思议地纠缠在一起时,就会发生这种情况。它们是一个单一且不可分割的整体的一部分,因此那种用于描述这种现象的信息不可能在个体身上找到,只能通过它们之间的联系找到。
黑洞会从附近恒星吸取物质
AMPS研究团队的思路就在于此。我们将安妮所掌握的边界附近的信息称为“A”。如果她的故事是正确的,而你已经在黑洞外被霍金辐射烧为灰烬。那么,“A”信息肯定会与另一组信息有纠缠和关联,即“B”信息,也就是炽热辐射流。从另一方面讲,如果你的故事是真实的,你还好好地活在边界的另一侧,那么,“A”信息肯定与另一组不同的信息纠缠和关联,即“C”信息,也就是黑洞内的某个地方。问题在于,每一组信息只能关联一次。这就意味着“A”只能与“B”或“C”之一关联,而不能同时关联。
如果安妮掌握了“A”信息,并将其放入便携式“关联解码”机中,该机器将会解码出答案,要么是“B”信息,要么是“C”信息。如果答案是 C,那么你的故事是真实的,量子物理学定律将被打破。如果 A 与位于黑洞深处的 C 纠缠和关联,那么安妮将永远丢失自己的信息。这又打破了量子物理学信息永远不能丢失的定律。如果答案是 B,即安妮的解码机发现 A 与 B 纠缠和关联,那么安妮的故事是真的,广义相对论将无效。这就意味着你确实是被烧成了灰烬,即你没有真正地穿越边界,而是碰到了一面燃烧的火墙。
黑洞会导致经过的光线发生扭曲,产生“透镜”效果
我们再次回到最初提到的问题,即当你掉入黑洞时究竟发生了什么?你真的穿过了边界,继续正常地度过余生,还是在接近边界时碰上了一面致命的火墙?没有人知道答案。这也成为了基础物理学领域最有争议的难题之一。
物理学家用了一个多世纪的时间试图化解广义相对论与量子物理学之间的矛盾,他们知道最终两者之一必将妥协。黑洞悖论的解决方案或许能够帮助我们解决宇宙更深层次的理论。线索或许就在安妮的解码机中。要想找到与 A 纠缠的另一组信息是一个超级复杂的难题。因此,美国普林斯顿大学物理学家丹尼尔-哈罗和斯坦福大学物理学家帕特里克-海登想知道解决这一难题究竟需要多长时间。2013年,他们通过计算得出结论,即使安妮使用物理学定律所允许的速度最快计算机,她也需要极其漫长的时间来解码这种纠缠。当她得到答案时,这个黑洞或许早已蒸发,从宇宙中消失了。
半人马座A有一个黑洞
如果是这种情况,问题的复杂性可能会让安妮望而却步,放弃努力去探寻究竟哪个故事是真实的。这就可能导致一种情形出现,即两个都是正确的,其真实性依赖于不同的观察者,所有的物理学定律都是有效的,没有人会碰到危险的、莫名其妙的火墙。这也会给物理学家带来新的思考,即复杂的计算与时空之间的关联。
这就是关于黑洞的故事。它们并非仅仅是太空旅行者所可能遇到的讨厌障碍,它们还是解决物理学定律难题的理论实验室。如果真实的本质隐藏于某处,那么探寻它的最佳场所就是黑洞。我们最好是站在黑洞之处去探索,至少在弄清楚火墙之前必须要这么做。
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