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1700932335 我们现在回到黑洞,当黑洞蒸发时,原先落入黑洞之中的信息出了什么状况呢?如果黑洞是像浴缸一样的东西,那么答案是相同的:每一个比特的信息都会转换到光子和其他基本粒子,它们带走了黑洞的能量。换句话说,信息被存储在组成霍金辐射的多个粒子中。特霍夫特和我很确定这是正确的,然而实际上,所有熟悉黑洞的其他人都不相信我们。
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1700932337 这里有另外一种方法来理解霍金的信息佯谬。我们不是让黑洞消失,相反的是,我们以合适的速率不停地往其中加入新的东西,例如计算机、书籍和压缩盘,以此来防止它收缩。换句话说,我们给黑洞重新提供了无穷无尽的信息流来防止它变小。按照霍金的说法,即使黑洞不增大(当它被喂养时,它会蒸发),信息也会被吞掉,这似乎没有尽头。
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1700932339 这一切都让我想起了我儿童时代最喜欢的马戏表演。我喜欢小丑远胜过其他演员,而且在所有的小丑表演中,最吸引我的是小丑的汽车戏法。我不清楚他们是如何做的,不过非常多的小丑能挤到一辆非常小的汽车中。但是,如果无穷多的小丑只是不停地爬进汽车中,而没有一个爬出来,会怎么样呢?这不会永无止境地进行下去,对吗?任何汽车的小丑容量都是有限的,一旦容量达到饱和,某些东西,可能是小丑,也可能是香肠,必须开始掉出来。
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1700932341 信息像小丑一样,黑洞就像装着小丑的汽车。一个给定尺寸的黑洞的比特容量有它的最大限度,现在你会想到这个极限就是黑洞的熵。如果黑洞和其他物体一样,那么一旦超过它的负载容量,或者黑洞必须变大,或者信息必须从中渗出。但是,如果视界确实是一去不复返点,那么它如何能渗出来呢?
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1700932343 是不是霍金太过愚昧,以至于他没有看到霍金辐射包含有隐藏的信息呢?当然不是。尽管霍金很年轻,但关于黑洞的知识,他至少不比其他人知道得少,至少远比我多。他非常深入地思考了选择浴缸的可能,并有强有力的理由去舍弃它。
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1700932345 史瓦西黑洞的几何学,直到20世纪70年代中期才完全被理解。熟悉这个学科的任何人都会看到视界是一去不复返点。正如同在排水孔类比中一样,爱因斯坦的理论预言,任何不小心穿过视界的人都不会注意到任何特殊之处,视界是一个数学曲面,它不含有任何物理实在。
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1700932347 在相对论学家的心灵深处,被反复灌输的两个重要事实如下:
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1700932349 ·视界处不存在阻止任何物体进入黑洞内部的障碍。
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1700932351 ·任何事物,包括光子在内的任何类型的信号都不能从视界后面返回。如能返回,信号必须超过光速,而根据爱因斯坦的理论,这是不可能的。
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1700932353 为了将这一点说清楚,我们回到第2章中那个无穷大的湖,以及它中心处危险的排水孔。想象在此湖下游漂浮的一个比特信息。只要它没有穿过一去不复返点,就可以被找回。但是,一去不复返点处没有任何警告,这个比特会漂过那一点。一旦它这样做了,如果不超过速度的极限,那么它就无法返回,这个比特就永远地丢失了。
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1700932358 在广义相对论中,关于黑洞视界的数学形式是极为清晰的。它们只是没有标记的一去不复返点,对下落的物体不形成障碍。
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1700932360 这是已经深深根植于所有理论物理学家观念中的逻辑。正是出于这个原因,霍金确定信息不仅会穿过视界,而且会在外部世界中永久地丢失。因此,当霍金发现黑洞蒸发时,他推断信息不会通过辐射逃离出去。
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1700932362 我怀着不愉快的心情离开了沃纳·埃哈德家。圣弗朗西斯科的天气很冷,而我所穿的只是一件薄夹克。我不记得把车停在了何处。我对我的同事极为恼怒,在离开之前,我试图和他们讨论霍金的观点,对他们缺乏好奇和关心的表情感到惊讶。这群人主要包括基本粒子物理学家,他们对引力没有太大的兴趣。罗马被烧毁了,匈奴人在门口了,然而没有人注意到。
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1700932364 当我开车回家时,汽车的挡风玻璃上结了霜,101路线上的交通非常拥堵,车反复地停顿下来。我还是不能将霍金的观点,从我的头脑中摆脱出来。失控的交通加上霜,我草草地在汽车的挡风玻璃上画下了几个图形,还有一两个方程,但是我找不到任何出路。或者信息丢失了,物理学的基本规则需要完全地重建;或者爱因斯坦的引力理论在黑洞视界附近处存在某种基本的错误。
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1700932366 特霍夫特是如何看待这些事情的呢?他对霍金的观点的抵抗是非常明确的,我认为他立场鲜明。我会在下一章中解释特霍夫特的观点,但首先我将解释S矩阵的含义,这是他最强有力的武器。
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1700932368 黑洞战争 [:1700930474]
1700932369 第11章 荷兰的抵抗运动[100]
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1700932371 让我们着眼于长远的历史,不是我们自己的历史,而是另一个太阳系的历史,居于中心处的恒星比太阳重10倍。它并非一直都是太阳系;刚开始时,它是一团巨大的气体云,主要成分是氢原子和氦原子,但同样还有元素周期表中其他一些元素。另外,还存在某些自由电子和自由离子。换句话说,开始时它是一团极为弥散的粒子云。
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1700932373 接下来,引力开始起作用。这团粒子云在它自身的重量下,开始靠近,它收缩了,而且由于这个缘故,引力势能转变成动能。粒子开始以极大的速度运动,然而它们之间的空间距离开始减小。当粒子云收缩时,它同时变热,最终加热到足以自燃,形成恒星。在这个过程中,并不是所有的气体都被恒星所捕获,依旧有一些留在轨道上,凝聚成行星、小行星、彗星和其他残余物。
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1700932375 恒星里的氢耗尽大约需要50亿年,之后它成为红巨星,这个阶段很短暂,可能只有几十万年。最终,在一次剧烈的内爆炸中,它死亡了,形成了黑洞。
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1700932377 接下来,黑洞缓慢地,非常缓慢地辐射它的质量。霍金蒸发侵蚀了它,它的能量以光子和其他粒子的形式被散发出去。经过一段极为漫长的时间,大约在1068年之后,黑洞在最后一次高能粒子的突发中消失了。在那时刻,行星早已被分解为基本粒子了。
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1700932379 由粒子演化过来,又演化成粒子而去,这是大尺度的历史观。基本粒子的所有碰撞,包括发生在实验室中的碰撞,都以相同的方式开始和结束:粒子接近,粒子退远,在此期间发生了某些事情。那么,即使恒星被暂时地卷入黑洞之中,它长远的历史方式又是什么样的呢,与基本粒子的任何碰撞有根本的不同吗?赫拉德·特霍夫特的观点是:没有不同,而且是解释霍金辐射错误所在的关键。
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1700932381 粒子(原子,以及基本粒子)的碰撞被用一种称为S矩阵的数学方法来描述,这里的S是英文中散射的首个字母。S矩阵是关于碰撞的所有可能输入和输出的一个巨大的表,还有某些可以被加工成概率的量。它不是某本厚书上面的一个表,而是一种数学上的抽象说法。
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1700932383 考虑下述一个问题,一个电子和一个质子沿着水平轴彼此接近对方,它们的速度分别为光速的20%和4%。那么,它们碰撞并最终出现一个电子、一个质子和四个附加的光子的概率是多少呢?S矩阵是关于这样的概率的一个数学表,严格地说是描述了量子碰撞史的概率幅。与我的观点相同的是,特霍夫特也深深地相信恒星的整个演化史,即气体云→太阳系→红巨星→黑洞→霍金辐射,可以用一个S矩阵来描述。
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