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“不要忘了服用你的反重力药片”(见第13章)是用来解释我脑中所想东西的很好的起点。就像黑泽明的电影《罗生门》,这是一个不同参与者眼中所看到的故事,一个结论完全矛盾的故事。在皇帝和伯爵的版本中,那个被迫害的物理学家史蒂夫毁灭了,他被包围视界的难以置信的高温给摧毁了。按照史蒂夫的看法,故事的结局完全不同,而且要美好得多。很显然,如果这两个版本不都是真实的,那么其中一个必定是错的,史蒂夫不可能既活下来又被杀死在视界附近。
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我对我的同伴们说:“尽管听起来那么疯狂,黑洞互补性原理的重点在于两种版本都是同样真实的。”
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我的两个朋友觉得很困惑。我不记得后来我具体讲了什么,但肯定是类似下面这些话。黑洞外面的每一个人,包括伯爵、皇帝以及皇帝那些忠诚的子民,大家所看到的事情都是相同的[122]:史蒂夫被加热、蒸发变成了霍金辐射。而且这一切都发生在他到达视界之前。
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我们怎样理解这件事?我想唯一能够与物理学规律相符的办法,就是假设在视界的上面存在着某种超热表层,其厚度很可能不大于一个普朗克长度。我向乌格勒姆和索拉修斯承认我并不确切地知道这个表层是由什么构成的,但是我解释说,黑洞的熵意味着这个表层必定由一些微小的客体组成,这些客体的大小很可能不超过普朗克长度。这个炙热表层会吸收任何掉在视界上面的东西,就像一滴滴溶解在水中的墨水一样。我记得当时把这种不知名的小物体叫做视界原子,当然我说的并不是普通的原子。我对于这些原子的了解不比19世纪那些物理学家对普通原子的了解多,唯一知道的就是它们确实存在。
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这个炙热的表层需要一个名字。天体物理学家已经发明了这样一个名字,我最终采纳了它。他们想象有一个膜包裹在黑洞视界表面,并用此来分析黑洞的某些电特性。天体物理学家们把这个假想的表面叫做延伸视界,但是我提出的是一个实在的表层,而不是一个想象的表面,其位于视界上面的厚度为普朗克长度。而且我声称任何实验都可以证实视界原子的存在[123],例如,可以放下温度计测量视界原子的温度。
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一听到延伸视界这个名字我就很喜欢,采用它也是出于我自己的一些目的。今天延伸视界已经是黑洞物理学中的一个标准概念了。它的意思就是位于视界表面厚度为一个普朗克长度的、由炙热的微观“自由度”构成的薄层。
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这个延伸视界可以帮助我们理解黑洞是如何蒸发的。某一个活跃的视界原子中的一个常常受到略大于通常情况的撞击而脱离表面飞向外部空间。你可以把延伸视界粗略地看成一个薄而炙热的大气层。在这个意义上,关于黑洞蒸发的描述就与地球大气逐步蒸发到外太空的方式极为相似。而且因为黑洞在蒸发时会损失质量,所以它必定还将收缩。
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但是到这里故事只讲了一半——从黑洞外部看到的一半。就这一半自身而言并没有什么特别的地方。有东西掉进了热的汤里面,热汤蒸发,信息被蒸发物带走了。这一切都很正常。如果我谈论的不是黑洞,是其他任意事物,那么这样的解释就不足为奇。
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那么从内部看会是怎样的呢,或者更精确点说就是一个自由下落的观测者看到的是什么?我们可以称它为史蒂夫的版本。它似乎与来自外部的描述(皇帝和伯爵的版本)矛盾。
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我提出了两个假设。
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对于任何在黑洞外部的观测者,延伸视界看起来就像是一个由视界原子构成的炎热表层。它吸收了掉在黑洞表面的每一比特信息,并带着它们“持球跑进”且最终把它们发射出去(以霍金辐射的方式)。
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对于一个自由下落的观测者,视界看起来就是一个空无一物的地方。虽然对于他们来说那是一个一去不复返点,但是他们在视界附近并没有发现任何特别之处。在很久以后才会遇到摧毁性的环境,那时他们已经离奇点非常近了。
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虽然加上这第三条假设有点多余,但是无论如何我还是加了。
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假设1和假设2都是正确的,而且这个表面的矛盾并不是真实的。
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索拉修斯对此表示怀疑。他问道,两个矛盾的阐述怎么可能都是真的呢?掉向黑洞的史蒂夫在视界上丧生了,而同时他又存活了百万年,这在逻辑上是矛盾的。基本的逻辑表明一种情形与相反的情形不可能同时真实地发生。实际上,我也在问自己同样的问题。
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以前斯坦福大学物理系的二楼陈列着一个全息图像。光投射到一个带有细小明暗光点随机分布样式的二维胶片上并被反射,然后聚焦在空中形成一个飘浮的三维图像,在你走过时这位年轻的性感女性会向你抛媚眼。
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你可以绕着这个虚拟的图像走一段,并从不同的角度观察她。我、索拉修斯和乌格勒姆在经过这个全息图时常常特别留意。当时我对索拉修斯开玩笑说黑洞表面,也就是说视界,肯定是一幅全息图,一张关于黑洞内部所有三维事物的二维胶片。索拉修斯并不赞同。在那个时候,我也不能深刻理解。实际上,我确实难以找到我讲话的意义。但是我一直在继续思考并得到了一些更为严格的答案。物理学是一门实验和观测的科学,当所有的脑海景象都抽走后[124],剩下的只是一堆实验数据以及用于总结数据的数学方程。两个脑海景象的差异并不意味着一个真正的矛盾。与我们试图了解的实在相比,人们的思维图像与我们以往进化所形成的桎梏更为密切。只有当实验得出矛盾的结果时,真正的矛盾才会出现。例如,如果两支相同的温度计都被插入同一壶热水中而他们得到的温度却不相同,这样的结果是我们无法接受的,我们会认为其中一支温度计坏了。脑海景象在物理学中有其自身的价值,但如果它们导致了实验数据中并不存在的矛盾,那么这个图像不是一个正确的图像。
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如果我们假设史蒂夫和伯爵的这两种黑洞的阐述都是真实的,我们就能够揭露一个真正的矛盾吗?要查明一个矛盾,两个观测者就必须在实验结束的时候走到一起比较实验记录。如果一个观测者是在视界里面观测的,而另一个观测者则没有穿过黑洞视界,那么根据视界的定义,他们不能走到一起比较实验数据。所以这里不存在真正的矛盾——只有一个糟糕的脑海景象。
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乌格勒姆问霍金会有怎样的回应。我的答案是:“哦,霍金会微笑。”最后证明我是对的。
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