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1700932019 Rs的增加=2hG/(Rsc  3)
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1700932021 对具有太阳质量的黑洞而言,Rs大约是3000米。如果我们代入所有数值,将会发现半径增长为10-72米。这不仅远小于原子的尺寸,而且远小于普朗克长度(10-35米)。你可能会对这个如此小的改变而感到惊讶,为什么我们要费事计算它呢?然而我们一旦忽略它,就会发生错误。
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1700932023 最后一步是计算出视界面积的改变量。视界面积的增加大约是10-70平方米。这非常小,但又一次“不是空门”。它不仅不是一个空门,而且是某种非常特殊的事物:10-70平方米恰好等于1平方普朗克单位。
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1700932025 这是一个意外吗?如果我们尝试用具有地球质量的黑洞(越橘般大小的黑洞),或者比太阳重10倍质量的黑洞,会发生什么呢?或者用数值,或者用方程,尝试计算它。无论黑洞原来的尺寸大小是什么,我们总能得到下面的规则:
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1700932027 加入1比特信息所导致的任何黑洞的视界面积的增加为1普朗克面积单位或者为1平方普朗克单位。
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1700932029 无论如何,藏身于量子力学和广义相对论原理中的不可分割的比特信息与普朗克尺寸的面积之间有着神秘的联系。
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1700932031 当我在物理课上向斯坦福医学预科班的学生讲述上面内容时,房间后面的某个人发出了一声长而低沉的口哨声,接着说:“酷呜儿。”[83]它的确酷,然而它同时也深刻,很可能是解决量子引力难题的关键。
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1700932033 现在我们想象一点一点地构建黑洞,正如你可能一个原子一个原子地填充浴缸一样。每次你增加单个比特的信息,视界面积增加一个普朗克单位。当黑洞形成时,视界面积等于隐藏在黑洞之中信息的总比特数。这是贝肯斯坦的伟大功绩,总结在下面这条格言中:
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1700932035 以比特来衡量的黑洞熵,正比于以普朗克单位衡量的视界面积。
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1700932037 或者,更为简洁地说:
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1700932039 信息等于面积。
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1700932041 仿佛视界差不多是被不可压缩的信息密密地覆盖着,几乎与桌布被硬币覆盖的方式相同。将另外一个硬币加入到这一堆硬币之中,会使面积增加一个硬币的面积。比特与硬币,这是同一个原理。
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1700932043 这个图景的唯一问题是,视界上没有硬币。如果有,那么当爱丽丝落入黑洞时,会发现它们。[84]根据广义相对论,对自由下落的爱丽丝而言,视界是不可见的一去不复返点。她遇到像铺满硬币的桌布之类的东西的可能性,与爱因斯坦的等效原理直接冲突。
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1700932048 由比特材料密密地堆积在一起的视界,与仅作为一去不复返点的视界表面不一致,这是黑洞战争的宣战原因。
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1700932050 自贝肯斯坦的发现之后,物理学家感到困惑的另一点是:为什么熵正比于视界面积,而不是黑洞内部的体积呢?似乎有很多内部的空间被浪费了。事实上,黑洞看起来像托勒密的图书馆。我们会在第18章中再回到这些问题的讨论,在那里我们将会看到整个世界是一幅全息图。
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1700932052 虽然贝肯斯坦有了正确的想法,即黑洞的熵正比于面积,然而他的论证不是非常的精确,这一点他本人也十分清楚。他没有说熵等于以普朗克单位衡量的面积,因为他的计算中存在许多的不确定性,他只能说黑洞的熵大约等于(或正比于)面积。在物理学中,大约是一个难以捉摸的词。它是2倍的面积还是1/4的面积呢?虽然贝肯斯坦的论证是卓越的,但是它不够强到能用来精确地确定比例因子。
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1700932054 在下一章中,我们将看到贝肯斯坦的关于黑洞熵的发现如何引导史蒂芬·霍金得到他的最伟大的洞见:黑洞不仅像贝肯斯坦所推断的那样具有熵,它们同时也具有温度,并非是物理学家所认为的无限冷的、无生机的物体。黑洞由于它的内部温度而闪光,然而这个温度导致了它们最终的灭亡。
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1700932056 黑洞战争 [:1700930471]
1700932057 第9章 黑 光
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1700932059 大都市中冬天的风是最冷酷无情的,它在两座平行的大楼之间的夹道中咆哮,在楼角处旋转着,无情地吹打着不幸的行人。1974年非常恶劣的一天,我在曼哈顿北部结冰的街道上长跑,我的长发中悬挂着几个由汗水形成的冰柱。15英里之后,我筋疲力尽了,但距离我温暖的办公室依然还有2英里。我没带钱包,甚至没有必需的20美分去乘地铁回去。不过吉人自有天相,当我走到达克曼街道附近的马路旁时,一辆汽车在我身边停了下来,奥格·彼得森(Aage Petersen)把他的头贴在车窗上。彼得森是丹麦人中可爱的小精灵,在来到美国之前,他曾经是尼尔斯·玻尔的助手。他热爱量子力学,浑身上下充斥着玻尔哲学的气息。
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1700932061 彼得森在汽车中问我是否正在去贝尔弗学校演讲的路上,丹尼斯·西雅玛(Dennis Sciama)将在那里演讲。我说不是。事实上,我对西雅玛和他的演讲一无所知。相反,我正在考虑到大学自助餐厅喝一碗热汤。彼得森说曾经在英格兰见过西雅玛,他毕业于剑桥,是一个十分幽默的英格兰人[85],可以联想到许多好笑话。彼得森认为演讲与黑洞有点关系,是西雅玛的学生所做的某些工作,令整个剑桥为之震惊。我向彼得森许诺我会露面。
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1700932063 耶什华大学的自助餐厅不是配我胃口的地方。食物并不糟糕,汤是清净的(我不在意),热的(这很重要),不过学生之间的谈话激怒了我:它总是关于法律的,[86]不是联邦法、州法或城市法,也不是科学法,而使年轻的耶什华大学的本科生感到愉悦的是,犹太法律中一些吹毛求疵的细节:“如果百事可乐是由建立在正规养猪场附近的工厂生产的,那么它是清净的吗?”“在工厂建立之前是何种胶合板覆盖的?”诸如此类的东西。但是热汤和寒冷的天气鼓励我磨蹭时间来偷听邻桌学生的谈话,这次谈话的主题是我十分关注的卫生纸!激烈的犹太法典辩论是,有关卫生纸在安息日期间是否可能被装进滚轴,或者你必须直接使用没有装进滚轴上的纸。对于拉比·阿基瓦(Rabbi Akiva)的著作的许多段落,其中一个派系推测伟大人物坚持严格地服从某个特定的法律,禁止重新装进滚轴。另一个派系认为举世无双的拉姆巴姆(Rambam)[87]在《困惑中的引导》中说得非常清楚,某些特定的任务被这些犹太法令免除,逻辑分析偏爱装进卫生纸是这些任务之一的观点。半小时过后,争论依然激烈。几个新的拉比们以额外的独创性的、几乎数学的观点加入进来,终于使我对这个争论厌倦了。
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1700932065 你可能会想,这和本书的主题,也就是黑洞有什么关系呢?至关重要的是,我在自助餐厅虚度的光阴让我错过了丹尼斯·西雅玛前40分钟的精彩演讲。
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1700932067 西雅玛是剑桥大学的天文学和宇宙学教授,剑桥是“最聪明、最杰出”的人在有关引力的深奥难题上检验他们的智力的三个地方之一(与普林斯顿和莫斯科并列)[88]。正如在普林斯顿一样,年轻的智利学生由一个具有超凡魅力的又能鼓舞人心的领袖来引导。西雅玛的男孩是一群才华横溢的年轻物理学家,包括布兰登·卡特(Brandon Carter),他构建了宇宙学中的人择原理;马丁·里斯(Martin Rees)先生是大不列颠的皇家天文学家,他现在担任着埃德蒙·哈雷(Edmond Halley)先生的讲座教授(哈雷以彗星而出名);菲利普·坎德拉斯(Philip Candelas)如今是牛津大学的劳斯·鲍尔(Rouse Ball)数学教授;大卫·多伊奇(David Deutsch)是量子计算的发明者之一;约翰·巴罗(John Barrow)是剑桥大学一名卓越的天文学家;乔治·埃利斯(George Ellis)是一名众所周知的宇宙学家。噢,对了,还有史蒂芬·霍金,他现在坐在剑桥大学过去属于艾萨克·牛顿的位子上。事实上,在1974年寒冷的那天,西雅玛所报告的正是霍金的工作,不过那时史蒂芬·霍金的名字还没有在我心中占有位置。
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