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衣衫褴褛、伤痕累累,但绝不悔改的囚犯被残忍地扔到杰里特尔脚前的地板上。“狗贼,你叫什么名字?谁是你的家人?”他站起来,勇敢地拂掉他衣服上的尘土,直视着迫害他的人,自豪地回答:“我的名字叫史蒂夫(Steve)[109]。”[110]随后是一个长长的、公然抵抗的沉默之后,这对过惯舒适生活的伯爵来说实在是太长了。他接着说:“我来自一个古老的家族,它的根源追溯到黑洞战争,我的祖先是史蒂夫,他是敢于冒险的剑桥人。”
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皇帝的脸蒙上了一层闪烁不定的表情,不过在恢复平静后,他笑了:“那么,史蒂夫,对于你的古老家族来说,我假定博士是一个恰当的称谓。你的存在触怒了我,唯一的问题是用什么方式来解决你的出现。”
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当人造的太阳在西方降落不久后,史蒂夫迎来了他最后的晚餐。好像是为了嘲弄他,皇帝将自己桌子上的最好的佳肴,连同一封“慰问”信一起送过去了。闷闷不乐的狱卒(史蒂夫很受狱卒的喜欢)低着头读信,对狱卒而言,这可能是最糟糕的信:“明天一早,你和家人,连同所有异端的朋友将被送到一个小的、适于居住的卫星,[111]接着你们将被扔入深渊,也就是围绕着黑洞的黑暗之火和热量之中。首先,你会感受到令人不快的高热,不久你的肉体开始煎熬,你的血液会沸腾。你所有的信息被‘持球跑进’,直到它们开始蒸发而不可逆地分散到整个空间为止。”不知道是什么原因,史蒂夫的脸上微微地露出了笑容。狱卒感到这是对坏消息的异常反应。
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第二天,皇帝和伯爵都起得很早。皇帝朋友般地、几乎是愉悦地说:“今天充满了乐趣。伯爵,难道你不这样认为吗?”“噢,是的,陛下,我已经宣告了依法处决。人们可以通过望远镜来观看异端者的血液开始沸腾,这是非常令人感到愉快的。”
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伯爵今天对皇帝的支持感到焦虑,他建议最后一次快速地检测一下黑洞的温度。“是的,我的部长。我们就这样做。从这个距离来看,视界会变冷,但我们将一个温度计放在它的表面上,来记录视界邻近处的温度。当然,我们已经做过很多次了,但我喜欢观看水银柱的上升。”因此,我们准备好了一枚小型的火箭来将温度计带离地球。一旦逃离地球的引力,温度计将落向视界,并受到系住它的绳索拉控。
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温度计开始下降,直到绳索拉紧。皇帝命令道:“加热,但不要过热。伯爵,将它再降低一点儿。”绳索开始缓慢地从轴上放开。通过望远镜,皇帝看到水银柱上升,超过了水的沸点,超过了玻璃和水银的蒸发点,直到温度计蒸发为止。伯爵问道:“陛下,足够高了吗?”“伯爵,你是说对史蒂夫足够高了吗?我认为气候是非常完美的,是开始执行的时间了。”
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不久之后,第二枚火箭,它足够大,能容纳约200人,准备将不幸的理性科学异端者转移到一个非常小的、适于居住的卫星上。史蒂夫的妻子坚定地靠在了史蒂夫的肩上,绝望地抽噎着。物理学家迫切地希望解释真理,却没有适当的时机。皇帝的狱卒在他们周围。
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几个小时之后,伯爵自己按下了按钮,来驱动这枚巨大的火箭,火箭点火起飞从它的绕地轨道飞往小蓝绿卫星。200个忧心忡忡的乘客(狱卒已经不和他们在一起了),这个群体开始冲向黑暗之火。
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皇帝边看边说:“伯爵,我看到他们了。”“他们受到热量的影响开始变得麻木、动作迟缓。非常缓而慢之[112]。”观测台的圆顶非常大,望远镜的目镜一直位于不确定的位置上。伯爵笑了,蓦地取出一粒反重力药片,还给了皇帝一粒。“陛下,为了保险起见,从该处坠落将会引起非常令人不愉快的后果。”他和陛下吞下药片,再次通过目镜观看。“我依然可以看到他们,不过看到他们开始落向一个伸展了的视界。现在我忠诚的臣民们会看到我的敌人,如何被‘持球跑进’。请看,他们不可分的比特,开始逐渐融合到热而稠密的汤中。而且他们一次又一次地被光子所带走,我们数数他们,确信他们已经完全蒸发了。”
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一个又一个的光子,被望远镜后面的大型计算机记录并分析。
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伯爵说:“哈,这正如量子力学的原理所预言的那样,任一比特的信息都被解释了。然而远在它们被认出之前,就被‘持球跑进’了。没有人能够将一旦损坏,就无法修复的东西重新结合在一起。”
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皇帝拍了一下伯爵的肩膀,对他说:“伯爵,祝贺你。这是一个非常有意义的工作。”不过这个不经意动作,打破了他们的平衡。在离地面有200英尺时,伯爵心中顿生疑虑,要是谣传是真的,反重力药片并没有效,那怎么办呢?
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史蒂夫全神贯注地研究他的笔记本,接着他欣喜地看着妻子,将她拥入怀中。“亲爱的,我们很快就能平安地经过视界了。”史蒂夫夫人和其他人对史蒂夫的话感到疑惑不解。他解释说:“等效原理是我们的救星。”他又补充道:“在视界处没有丝毫危险,它仅仅是一个无害的一去不复返点。幸运的是,我们正在自由下落,加速度恰好与黑洞的引力效应相抵消,我们通过视界时不会有任何感觉。”他的妻子仍然怀疑:“那么,即使视界是无害的,我听说过关于黑洞内部无法逃脱的奇点的可怕传说。它不会将我们碾磨成碎片吗?”他回答说:“确实如此,但是这个黑洞是如此之大,以至于从我们的行星接近奇点大约需要百万年之久。”
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因此,他们快乐地通过了视界,至少在你相信等效原理的情况下是这样。
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剧终
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这个剧本除了它富于故事性的优点之外,还存在很多错误之处。试举数例,如果黑洞足够大,那么史蒂夫和他的追随者在达到奇点之前[113],可以存活许多年,伯爵的温度计到达它的目的地需要与此相同的时间。更为糟糕的是,黑洞发射史蒂夫和他的追随者原来所包含的信息,需要非常长的时间,比宇宙的年龄还要长。但是,如果我们忽略这些数值上的细节,那么这个故事的基本逻辑就非常清楚了。
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史蒂夫在视界处被杀死了吗?伯爵和皇帝计及的每一个比特,它们都在蒸发的产物当中,“正如量子力学的原理所预言的那样。”因此当史蒂夫接近视界时,他被摧毁了。然而这个剧本同时声称史蒂夫安全地到达了另一侧,他和他的家人丝毫没有受到伤害,正如等效原理所预言的那样。
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显然,存在着原理间的冲突。量子力学意味着所有的物体,都遭遇到视界正前方处的一个超热区域,那里极高的温度将所有的物质转变为互不相联系的光子,从黑洞之中将其辐射出,如同光从太阳中出来一样。最后,由下落的物质所携带任一比特的信息必须用光子来解释。
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但是,似乎需要讲述有关等效原理的一个不同的、与此相矛盾的叙述。
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插话
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请允许我打断1988年研讨会的流程,先来澄清一些你们所不知道的观点,尽管许多物理爱好者都已熟知了它们。首先,为什么等效原理使得流放者相信视界是一个安全的环境呢?我在第2章中提到的一个思想实验可能会帮助你的理解。想象在电梯中的生活,不过是在一个引力比地球表面的引力强得多的世界中。如果电梯静止,乘客的脚底和他们被挤压的身体的其他部位感受到全部的引力。假定电梯开始上升,向上的加速使情况变得更为严重。根据等效原理,加速给乘客所体验到的引力加入了一个附加的成分。
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但是,如果悬挂电梯的绳索断了,那么当电梯开始向下加速时会怎么样呢?接着电梯和乘客都处于自由下落之中。引力效应和向下的加速效应彼此完全相抵消,乘客无法判断出他们是在强大的引力场中,还是体验到一个剧烈的向上加速度。
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按照同样的方式,处于自由下落的行星中的被流放者在视界处应该不会体验到黑洞引力的任何效应。他们像第2章中自由漂浮的蝌蚪一样,在不经意间漂过了一去不复返点。
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第二点显得有点陌生。正如我所解释的,一个大黑洞的霍金温度是极小的。然而,当伯爵和皇帝将他们的温度计降落得更低些时,为什么他们会探测到如此高的温度呢?为了理解这一点,我们需要知道,当光子在强大的引力场中向上移动时发生了什么。但我们以某种较为熟悉的东西开始,即从地球表面垂直向上抛出的石块。如果不以足够大的初速度将其抛出,那么它会落回到地球表面。但假定有足够的初始动能,那么石块会脱离地球的束缚。然而,即使石块能够逃离,它运动的动能要比刚开始时小得多。或者用另一种方式来说,石块刚开始时的动能,比它最终逃离时的动能要大得多。
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所有的光子都以光速运动,但这并不意味着它们有着相同的动能。事实上,它们在很大程度上和石块相似。当它们从引力场中出来时,它们丢失了能量;它们需要克服的引力越强,能量丢失得越多。当伽马射线从邻近视界处出现时,它的能量被大量消耗,只是一个很低能的无限电波。相反的是,在远离黑洞处观测到的无线电波,当它离开视界时,它必定是高能的伽马射线。
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