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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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1700932619 黑洞战争 [:1700930477]
1700932620 第14章 散兵战
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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。
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1700932624 镇之西、阿斯彭山之南、红山之北,有一块大草坪,环绕草坪的是一排平房。在暑假期间,你会发现有十多个物理学家坐在餐桌前,他们争吵、辩论,欣赏着晴朗的天气。阿斯彭理论物理研究院的主楼没有什么可看的,但在它正后面是一个令人愉快的户外空间,在那里有一块天篷下的黑板。这是真正的活动场所,一些世界上最伟大的理论物理学家,相聚在这里来参加研讨会,讨论他们最新的头脑风暴。
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1700932626 1964年,我是这个中心唯一的一名研究生。我认为我也是这个研究院两年内唯一的研究生。鉴于我当时所具备的物理能力,那时的中心并不真正属于我。福克河贯穿整个城镇,从落基山脉中奔流而下。寒冷而湍急的河水迅速流逝,对我来说,那个夏天最重要的是它充满了银色:不是银矿中的金属银色,而是虹鳟鱼身上闪耀着的银色。我的导师彼得是一位用假蝇捕鱼的高手,当他发现我也会用假蝇钓鱼时,他邀请我和他一起度过在阿斯彭的夏天。
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1700932628 当我还是一个小男孩时,我父亲教我在卡茨基尔山中,传奇性的河狸溪和爱索波斯湾这样一些平静的东部鲑属鱼类河中钓鱼。河面平静如镜,水深齐及胸部。不仅会看到你的假蝇,而且还常常看到虹鳟鱼。虽然我需要一些时间才能掌握这门技术,但是那年夏天我抓获了许多虹鳟鱼,只不过没有学习到物理学。
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1700932630 现在阿斯彭已不十分讨人喜欢了,上层人士代替了牛仔,我所关爱之处已丧失殆尽了。在这些年中,因为物理学,而不是因为钓鱼,我又去过几次。1990年前后,当我穿过该镇去博尔德的路途中,我在此做了一次演讲。
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1700932632 那时,黑洞和信息丢失这个难题,已开始出现在投影屏幕上了。大家一致同意霍金是正确的,天下无双的悉尼·科尔曼也在他们的队伍当中,然而也有一些人质疑它,包括我和特霍夫特。
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1700932634 科尔曼是一位富有情趣的人,是那个年代的物理学家中的英雄。他长着八字胡,眼睛下垂,头发蓬乱,他总是让我想起爱因斯坦。他的思维非常敏捷,具有一种迅速洞穿事物本性的能力,特别是当问题涉及困难的技巧时,他的能力带有传奇色彩。科尔曼是一个和蔼的人,不过他对傻里傻气的人缺乏耐心。他是哈佛大学著名的高级教授,不止一个有名的演讲者灰溜溜地跟在科尔曼的后面,科尔曼不留情面地质问他。在阿斯彭的那一天,他的出现意味着研讨会的演讲者将会具有一个更高的标准。
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1700932636 完全是出于巧合,另外一张熟悉的面孔也出现在听众之中。当我走进研讨厅的外门,朝黑板走过去时,熟悉的高科技轮椅转动着进来了,史蒂芬·霍金坐在了第一排。正如每个人所了解的,我的目的是逐步削弱霍金关于信息丢失的论证。我的战略是通过重复霍金的逻辑,首先以此来概述出问题的实质。这大约需要占用我能支配的一半时间,接着我会解释,为什么我认为这个逻辑不可能是正确的,不过我同时希望加入额外的成分,来强调霍金的论证。如果霍金的论证最终被证明是错误的,那么越强调它,越会孕育出一个基本范式的改变。
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1700932638 为了解释霍金的逻辑,我想填补一个漏洞,这在目前还没有人考虑过。这个观点如下:想象处于视界之外的区域,它被许多微小的、不可见的复印机所占据。当任意的信息,比如说一个手写的文件,落入视界时,复印机会将信息复印下来,得到两个完全相同的版本。其中的一个复本继续无干扰地穿过视界,到达黑洞内部,最终在奇点处被毁坏。不过第二个复本的命运更为复杂,首先它会被彻底地分散或弄乱,直到如果没有转移密码,就不可识别它,接着它在霍金辐射中被辐射回来。
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1700932640 在信息恰好穿过视界之前,影印信息似乎可以解决这个问题。首先考虑在黑洞外部徘徊的观测者。他发现所有的信息在霍金辐射中都返回了。因此,他们认为没有理由来改变量子力学的规则。用更为直接的术语来讲,他们断定霍金关于信息被破坏的观点是错误的。
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1700932642 对于正在自由下落的观测者会怎么样呢?在经过视界的瞬间,他环顾四周,发现什么也没有发生。伴随着任何与他下落的东西,信息依然与他同在,都集中在他一个人身上。从这种观点来看,视界只不过是一个无害的一去不复返点,而且爱因斯坦的等效原理得到了十分的尊重。
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1700932644 黑洞视界真的是被完全可信的微型(可能是普朗克尺寸的)复印机装置所覆盖吗?这似乎是一个诱人的观点。如果它是正确的,那么就可以用一种简单的逻辑方式,来解释霍金的佯谬:信息永远不会在黑洞中丢失,而且将来的物理学家可以继续使用量子力学的通常原理。任意黑洞视界处的量子复印机,都可以让黑洞战争的烽火瞬间平息。
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1700932646 科尔曼被感动了。他转动自己的椅子,面向听众。接着,他,也只有他可以,说我所用的术语比我曾经用过的更为清晰了。但霍金什么也没有说。他显然知道科尔曼所不了解的某种东西。事实上,霍金和我都意识到,我的解释是我创造的一个可以将他的观点击倒的假想对手。
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1700932648 霍金和我都了解,一个完美的量子信息复印机与量子力学的原理相违背。在一个由海森伯和狄拉克所定下的数学规则支配的世界中,一个完美的复印机器是不可能存在的。我给这个原理取了个名字:量子复印机不存在性原理。在一个称为量子信息理论的现代物理学领域中,这个观点被称为不可克隆原理。
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