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1700932884 听众们开始骚动,有人试着举手反对。他们知道信息是如何从浴缸蒸发的,但是他们忽略了一些东西:那个掉进黑洞的人的情况。当他到达延伸视界时,他顿时就被弄湿了吗?这会不会破坏了等效原理呢?
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1700932886 我接着讲我的后半个故事:“对于任何一个掉进黑洞的人来说,视界看起来就是一个普通的没有任何东西的地方。没有延伸视界,没有热得难以置信的微观物体,没有沸腾的延伸视界,没有任何不寻常的东西:只是一个空无一物的地方。”我又接着解释为什么我们观测不到任何矛盾。
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1700932888 我并不确定霍金是否还在微笑。但是就我后来了解到,听众中的大多数相对论学家认为我一定是疯了。
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1700932890 很显然,即使在报告过程中,我已经引起了听众的注意。有时会显得尖刻的特霍夫特坐在前排皱眉、蹙额并摇着头。我知道,他应该是在场所有人中最理解我所说的人。而且我知道他是赞同的,但是他想用他自己特有的方式来讲。
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1700932892 我最感兴趣的是圣芭芭拉的那些人——吉丁斯、霍罗维茨、斯特鲁明格,特别是波尔钦斯基的反应是什么。我从台上看不到任何反应,但是后来我发现他们并没有被我的报告所打动。
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1700932894 有两个听众对此表示赞成。在我报告结束之后吃午饭的时候,学校的自助餐厅里,约翰·普雷斯基尔(John Preskill)和唐·佩吉走过来坐在我身边。好动的佩吉的托盘里面放了一大堆食物,多得让人吃惊,其中包括三份大甜点。(很明显这就是他的能量之源。)佩吉讲话大声而富有激情,但是他却是一个很好的听众,而且那天他正处于倾听模式。我知道他喜欢这个想法:在处理信息问题的时候,黑洞或多或少与普通的物质相似。他在他的充满活力的讲话中已经公开表明了这点。
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1700932896 相比之下,普雷斯基尔则要内敛一些,但是并不陈腐古板。普雷斯基尔身材瘦长结实并具有某种辛辣的幽默感,他与乔·波尔钦斯基年龄差不多,那时是加州理工学院的教授。20世纪最伟大的物理学家中有两位,默里·盖尔曼和迪克·费曼,都曾在加州理工学院工作。普雷斯基尔也是一位广受推崇的物理学家,以心直口快出名。与悉尼·科尔曼一样,普雷斯基尔的思路很清晰,这也使得他的言辞尤为可信。同普雷斯基尔的谈话一向都令我满意。那天的谈话是具有启发性的,但是在我解释之前,我必须得告诉你一些关于黑洞互补性原理的东西。
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1700932898 用海森伯的显微镜看视界
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1700932900 一个氢原子掉进了一个巨型黑洞。首先会想到一幅质朴的图像:这个微小的原子沿着一条轨道毫发无损地穿过了视界。在经典物理中,一个原子在一个被精确定义的跟原子自身差不多大小的点穿越视界。这似乎是正确的,因为根据等效原理,在氢原子穿过这个一去不复返点的时候应该不会有任何剧烈的反应。
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1700932905 但是这太幼稚了。根据黑洞互补性原理,观测者从外部看到的是这个原子进入一个炙热的表层(延伸视界),就像一个粒子掉进一壶滚烫的水中一样。当这个粒子掉入热质中之后,它的每一侧都被能量自由度猛烈地轰击着。起初从它左面撞击,接着是上面,然后又是左面,接着再是右面。它蹒跚摇摆着就像一个喝醉的水手。这种布朗运动被恰当地称为随机游动。
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1700932910 当一个原子掉入构成延伸视界的那些炙热的自由度之中,它将会做一模一样的事情:在整个视界上蹒跚行走。
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1700932915 但是这样说有点过于简化。延伸视界温度极高,原子会被炸开——即被电离,这是一个专业术语——而电子和质子就会单独地在视界上摇晃着走动。电子和夸克甚至也可能被撕裂成更基本的组成部分。注意,这一切都应该在原子即将穿过视界还未穿过的时候发生的。我想是佩吉在享用他的第三份甜点时尖锐地提出这是不是意味着互补性原理的麻烦。居然是在原子穿越视界之前,似乎存在着两种关于原子的描述。在一种描述中,原子蹒跚行走于整个视界面上,且在那个时候被电离了。但是在另一种描述中,原子完全不受干扰地下落并直接冲向视界上的那个点。为什么外部的观测者无法观测原子?为什么该观测者会看到原子正发生着剧烈的反应?这将使得黑洞互补性原理最终是错的。
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1700932920 当我刚开始解释的时候,我发现普雷斯基尔显然已经考虑过了这个问题并得到了跟我一样的结论。首先我们都注意到了原子只有达到视界附近温度为100 000度的点时才会被电离。它仅发生在离视界非常近的位置,大约只有百万分之一厘米的距离。那里是我们来观测电子的地方。这听起来不是十分困难,百万分之一厘米并不是那么小。
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1700932922 海森伯会怎么做呢?答案当然是他会拿出他的显微镜并用波长合适的光来照亮原子。在这里,为了把它从一个厚度为百万分之一厘米的视界表层中分辨出来,他需要一个波长为10-6厘米的光子。通常问题就在这里:波长这么小的光子具有很高的能量;实际上,这些能量足够可以使它在撞击原子的时候电离原子。换句话说,任何证明原子不会被炙热的延伸视界电离的尝试,都会导致原子被电离。讲得更深刻一些就是,我们认为任何观察电子和质子在视界上随机游动的企图,都会将粒子炸掉并把它们散射到视界各处。
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1700932924 在我的印象中,这次讨论并不理想,但是我还记得佩吉非常活跃并用他那极其洪亮的声音高声说,我在称这个想法为互补性原理的时候并不是在开玩笑。这就是玻尔和海森伯谈论的那类东西。实际上,在实验上反驳黑洞互补性原理与反驳不确定性原理非常相似——实验本身造成了那些它要去证伪的不确定性。
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1700932926 当原子离视界更近时,我们讨论了会发生什么。海森伯的显微镜需要使用能量更高的量子。最终,为了追踪在视界表面厚度为普朗克尺度的表层中的原子,我们将必须用比普朗克能量更高的光子去撞击它。没有人知道这样的碰撞会是什么样子。世界上还没有一台加速器能将粒子加速到接近普朗克能量。普雷斯基尔将这个想法总结成了一个原理:
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1700932928 任何关于黑洞互补性原理将导致可观测矛盾的理论证明,将不可避免地依赖于那些关于“超越普朗克尺度物理学”的无根据的假设,换句话说,这就是对一个远远超出我们经验范围的自然作出的假设。
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1700932930 接着普雷斯基尔提出了一个很让我担心的问题。假设有1比特的信息掉入了黑洞。根据我的观点,外部的某个人可以收集霍金辐射并最终还原这1比特信息。但是假设在收集完这1比特信息后,他带着这1比特信息跳进了黑洞。那么在黑洞内部会有这1比特信息的两份拷贝吗?这就好比在你从邮递员那里接收到你的包裹后,你待在家里,而你的朋友进了你家。当两个观察者碰面并比较有关内部的事物时会出现矛盾吗?
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1700932932 普雷斯基尔的问题给了我一记重拳。我没有思考过这样的可能性。如果内部的某人发现了两份同1比特信息的拷贝,那么这将破坏量子复印机不存在性原理。这是我遇到过的对于黑洞互补性原理最严峻的挑战。虽然几个星期之后我才全盘知晓了答案,但是普雷斯基尔当时他自己就拿出了部分的答案。他推测这两个复制品在他们撞向奇点前可能不会相遇。邻近奇点的物理学属于量子引力的神秘的未知领域。这使得我们艰难地躲过这一劫。正如事情所发生的那样,唐·佩吉的想法对于解除普雷斯基尔那个“炸弹”起了关键的作用。
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