打字猴:1.700932574e+09
1700932574
1700932575 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。”
1700932576
1700932577 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。
1700932578
1700932579 剧终
1700932580
1700932581 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。
1700932582
1700932583 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。
1700932584
1700932585 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。
1700932586
1700932587 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。
1700932588
1700932589 插话
1700932590
1700932591 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。
1700932592
1700932593 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。
1700932594
1700932595 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。
1700932596
1700932597 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。
1700932598
1700932599 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。
1700932600
1700932601 现在考虑远在黑洞上方的伯爵和皇帝。霍金温度是如此低,以至于无线电波光子的能量非常低。但伯爵和皇帝稍加思考之后就会意识到,这些光子在邻近视界处被发射时,它们一定是有着超高能量的伽马射线。这等同于说那里非常热。事实上,引力是如此之强,以至于黑洞视界处的区域中的光子需要极大的能量才能逃离。从长远来看,黑洞可能会非常冷,但接近温度计处是猛烈的、高能的光子碰撞的区域。这就是为什么行刑者确信,受难者将会在视界处蒸发。
1700932602
1700932603 回到研讨会
1700932604
1700932605 那么我们似乎得到了一对矛盾。第一组原理,即广义相对论和等效原理,说信息会无干扰地朝里通过视界。另外一组是量子力学中的原理,将我们带到了完全相反的结论:尽管下落的信息在很大程度上被“持球跑进”,然而它们最终会以光子和其他粒子的形式返回。
1700932606
1700932607 现在,你可能会问,我们如何知道穿过视界而没有碰撞到奇点的信息,不能通过霍金辐射返回呢?答案是显然的:要这样做它们必须超过光速。
1700932608
1700932609 我已经向你显示了一个强有力的佯谬,告诉你为什么对将来的物理学它可能是非常重要的。然而关于摆脱困境的可能方式,我没有给你任何提示,这是由于我也不知道答案。但我的确有自己的偏见,那么先让我来告诉你它们是什么。
1700932610
1700932611 我不认为我们必须放弃量子力学的原理,或者放弃广义相对论的原理,特别是我和特霍夫特一样认为在黑洞蒸发中没有信息丢失。不知是何种缘故,我们错失了关于理解信息以及它在空间的位置的一个深刻之处。
1700932612
1700932613 在圣弗朗西斯科的演讲是我在物理学和物理会议上,所做的众多相似的演讲中的第一个。我铁了心,即使我不能解决这个难题,那么我也将会因为它的重要性成为改变信仰的人。
1700932614
1700932615 我回想起一个非常好的演讲,那是在得克萨斯大学的演讲,该校物理系是美国最好的物理系之一。听众中一些非常有成就的物理学家,包括史蒂文·温伯格、威利·菲施勒(Willy Fischler)、乔·波尔钦斯基(Joe Polchinski)、布莱斯·德威特和克劳迪奥·泰特尔鲍姆,他们都对引力理论作出了重要贡献。我对他们的看法非常感兴趣,因此在演讲结束后,我在听众中采用了即时投票。如果我的记忆准确的话,菲施勒、德威特和泰特尔鲍姆持少数的观点,认为信息没有丢失。波尔钦斯基信服了霍金的论证,投了大多数一票。温伯格弃权。总票数大约是3:1,倾向于霍金,但听众中的一部分人显然有些勉强。
1700932616
1700932617 霍金和我在这种僵局中相遇了几次。在所有这些邂逅中,最突出的一次发生在阿斯彭。
1700932618
1700932619 黑洞战争 [:1700930477]
1700932620 第14章 散兵战
1700932621
1700932622 卡茨基尔群山中的密尼瓦丝卡峰总共有3000英尺高,在1964年夏天之前,我从来没有见过比它还高的山。我那时是一个24岁的研究生,当我第一次看到科罗拉多州的阿斯彭山时,发现它是一座奇怪的、迷人的山。白雪皑皑,群峰环绕,小镇给人一种狂野的、世外桃源的感觉,特别是对我这样的城市男孩来说更是如此。虽然阿斯彭已经是一个著名的滑雪城镇,但它依然带有一些19世纪晚期多姿多彩的银矿时代的韵味。街道上没有铺砖,6月份的旅行者又如此稀少,使你几乎可以在城镇外的任何地方露营。这是一个充满离奇特点的地方。在附近的任何一间酒吧里,你可能坐在一个真诚的美国牛仔和一个粗犷而不修边幅的登山者之间,或者你发现自己已挤在邋遢的渔夫和波兰裔的牧羊人中间。你同样可以和美国商业的权力中坚、伯克利学生管弦乐队的首席小提琴手或者是一个理论物理学家交谈。
1700932623
[ 上一页 ]  [ :1.700932574e+09 ]  [ 下一页 ]