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现在来考虑当黑洞发射霍金辐射和蒸发时,究竟发生了什么。由于质量减少使黑洞收缩了,因此导致温度上升了。黑洞迟早会变热。当它的质量为顽石那样大小时,它的温度会上升到100亿亿度。当它的质量为普朗克尺度时,温度会上升到1032度。宇宙中可能存在此种情况的地方和时间,只是在大爆炸开始时期。
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霍金的计算表明,黑洞是如何蒸发的,这是才华横溢的杰作。我相信,当它的影响被充分地理解时,物理学家会认识到它是伟大科学革命的起源。准确地了解这个革命将如何进行到底,尚言之过早,但它会触及深层次的东西:空间和时间的本性、基本粒子的意义和宇宙的神秘起源。物理学家们不断地问,霍金能否位于有史以来最伟大的物理学家之列,以及他在等级中的级别。为了回应这些怀疑霍金是伟人的人,我建议他们回过头去阅读他在1975年的论文《由黑洞引起的粒子产生》。
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然而无论他有多么伟大,至少在一种情况下,史蒂芬·霍金失去了他的比特的踪迹,这是引起黑洞战争的原因。
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黑洞战争
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第2篇奇袭篇
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第10章 寻寻觅觅
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按照我的说法,这是不可能的,因此我必须在某些方面声明它是错误的。
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——夏洛克·福尔摩斯
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根据几篇报载文章,伊拉克战争比第二次世界大战持续的时间还要长。记者们真正所指的是美国卷入第二次世界大战的时间。这个战争开始于1939年,直到1945年才结束。美国人忘记了,当珍珠港被袭击时,战争已经开始3年了。
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当我说黑洞战争开始于1981年沃纳·埃哈德家的顶楼时,我可能同样犯了以自我为中心的错误。霍金实际上发起的攻击始于1976年,不过没有作战双方不能称其为战争。虽然进攻在很大程度上被忽略了,但它是对物理学中最令人信服的原理之一的进攻:对于信息永不丢失的定律的一次正面攻击,或者用简略的形式来说,对信息守恒的攻击。由于它对接下来所讨论的问题都至关重要,我们再次复习一下信息守恒定律。
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信息是永恒的
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信息被破坏是什么意思呢?在经典物理学中,答案是简单的。如果将来丢失了过去的记录,那么信息就被破坏了。令人吃惊的是,即使在决定性定律下,这也可以发生。为了说明这一点,我们回到第4章中所玩的三面硬币。硬币的三面分别被称为字、背和侧,用H、T和F来分别表示它们。在那一章中,我用如下的图来描述两个决定性定律:
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这两个定律都有决定论的性质,无论硬币在哪一个状态下,完全肯定地说出下一个状态和前一个状态是可能的。将它们与另一个图所表示的定律相比较:
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或者用公式
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H→T T→H F→T
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用文字来说:如果在某一时刻硬币是字面,那么下一时刻它就是背面;如果它是背面,那么它将变为字面;而且如果是侧面,那么接下来将是背面。规则是完全决定论性的,无论你在哪里开始,将来永远是定律所呈现的那样。例如,我们假定从F开始,随后的历史是完全确定的:FTHTHTHTHT…如果我们从H开始,那么历史将是HTHTHTHTHT…而且如果我们以T开始,将是THTHTHTHTHT…
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关于这个定律,存在某种古怪之处,但准确地说,古怪在什么地方呢?如同其他决定性的定律一样,将来完全是可以预测的。然而当我们试图确定过去时,事情就弄糟了。假定我们发现硬币处于H状态,我们可以确定前一个状态是T。但我们来进行下一步。有两种状态可以导致T,即H和F,这引发了一个问题:我们从H还是F到达了T呢?我们无法得知,这就是所指的信息丢失,但这在经典物理学中永远不会发生。牛顿定律和麦克斯韦的所基于的数学规则是非常清楚的:每一个状态之后是一个唯一的状态,它前面也是一个唯一的状态。
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信息可以丢失的其他方式,是定律中存在一定的随机性。在这种情形下,显然不可能确定将来或过去。
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正如我早先解释的,量子力学有它的随机成分,但信息永不丢失有深层次的意义,在第4章中关于光子的讨论,已解释了这一点,不过我们再来做一次,这次用电子撞击一个静止的靶,例如一个重原子核。电子从左侧来,在水平方向上运动。
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