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反过来也是可能的:当一根较小的弦遇到另一根大一些的弦,它将会通过逆过程而被吸收。
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服务生看到的是那些小的弦的凝聚物——就像飘浮的量子云——包围着他的客人。但是当他看得不是那么仔细的时候,这个模糊的凝聚物看起来仅仅发生弯曲,他的视线就像一个弯曲的时空区域所作的。
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这些细小的闭弦圈是引力子,它们云集在较大的弦附近并形成一种凝聚物来模拟引力场的效应。引力子是引力场的量子,在结构上与核物理中的胶子球类似,但是引力子的尺寸是后者的1/1019。如果它真的存在的话,有人会问这一切对于核物理来说又意味着什么。
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弦论学家的热情,让一些其他领域的物理学家们觉得很气愤。弦论学家认为:“弦论中漂亮、优雅、自洽、坚实的数学会导致一个令人吃惊的、难以置信的结果,该结果能自动导出引力,所以它必定是对的。”但是对于那些持怀疑态度的、不是弦论圈子里的人来说,即使弦论中一些东西已被证明,弦论并非好到足以让我们得到一个令人信服的理论。如果弦论是关于自然界的正确理论,那么证实它的方式就是通过令人信服的实验预言和经验检测,而不是逻辑。他们是对的,但是弦论学家也是对的。真正的问题在于对这些尺寸是质子的100亿亿分之一的物体进行实验是极其困难的。但是不论弦论最终是否能得到实验数据的证实,在这个自洽的数学实验室中,我们可以检测各种关于引力与量子力学结合的想法。
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假定引力会出现在弦论中,我们可以假设当弦的质量足够大的时候,就会形成一个黑洞。所以弦论是一个框架,在那里霍金的佯谬是可以得到检验的。如果霍金是对的,那么黑洞不可避免地导致信息丢失,弦论的数学会证明这个结论。如果霍金是错的,那么弦论会告诉我们信息是如何逃离黑洞的。
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在20世纪90年代的早期,我和赫拉德·特霍夫特之间曾有3次互访,两次在斯坦福,一次在乌得勒支(如果我没记错的话)。特霍夫特基本上是不相信弦论的,尽管他曾写过一篇有重大影响的文章解释了弦论和量子场论之间的关系。我不能确定他讨厌的根源是什么,但是我能猜到其中部分原因在于,从1985年开始美国所建立的理论物理学机构,居然清一色地由弦论学家所主导。特霍夫特,这个永远的针锋相对者,相信(我也是)多样性的力量。你对待问题的方式越是不同,那么你的思想风格就越不同,解决科学上真正难题的机会就会越多。
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然而对于特霍夫特来说,更重要的是他的怀疑不只在于反感,那种物理学被狭小的一群人掌管所带来的反感。我所能说的就是,他承认弦论的价值,但是他排斥弦论是“终极理论”的主张。弦论的发现是一个偶然,而且它的发展道路一直很崎岖。我们从未有过一组总的方程或者一组确定的精简的方程。即使到了今天,它包含了一个相互联系的数学网络,这些数学以引人注目的方式聚合在一起,不过它们并不能增加以牛顿引力理论、广义相对论和量子力学为特征的原理约定集合。而是,就像一个非常复杂的拼图玩具,我们只能很模糊地感受到这整幅图。记住在这章开头所引用的特霍夫特的话:“试想我给你一把椅子,同时又跟你解释说,椅子还没有腿,坐板、靠背和扶手也许一会儿会送过来;不论我真正给了你什么,我还能称其为椅子吗?”
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弦论确实还不是一个完整的理论,但是就现况而言,它是我们最好的数学向导,指引我们通向量子引力的终极原理。而且,我想补充的是,它是黑洞战争中最有力的武器,特别是证明特霍夫特他自己的那些信念。
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在接下来的三章中,我们将看到弦论如何帮助解释和确认黑洞互补性原理、黑洞熵的起源以及全息原理的。
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第20章 最后的螺旋桨
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对于大部分物理学家来说,特别是那些广义相对论的专家,黑洞的互补性原理实在是太疯狂了,这不可能是真实的。他们并没有对量子效应所产生的含糊性感到不舒服;普朗克尺度上的含糊是完全可以接受的。但是黑洞互补性原理所提议的东西要激进得多。根据观测者的运动状态,一个原子可能是一个微观的小物体,或者它可能弥散在一个巨大黑洞的整个视界面上。人们确实无法接受这么含混的东西,连我自己也觉得很奇怪。
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就像我在1993年圣芭芭拉会议结束后几周中所思考的,这种奇特的行为,让我想起以前看到过的一些东西。24年前,那时弦论还属幼年时期,我正被这些微小的类弦物的某种未知特性所困扰。我那时称这些代表基本粒子的弦为“橡皮筋”。
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根据弦论,世界上每一个物体都是由一维的有弹性的弦构成,这些弦能拉伸、弹拨和绕转。我们把粒子看作一个比普朗克尺度大不了多少的微型橡皮筋。如果一根橡皮筋开始晃动和振荡,假设橡皮的各个部分之间没有摩擦力,那么这种晃动和振荡会永远继续下去。
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增加弦的能量会使弦振荡得更加剧烈,有些时候看起来像是一团巨大的剧烈振荡的纱线。这些振荡是热振荡,它们给弦增加了真实的能量。
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但是我们不能忘记量子晃动。即使在一个没有能量的系统中,即系统处于其基态,晃动也不能完全被去除。这些基本粒子的复杂运动是奇妙的,但是通过类比,我可以告诉你其中的一些奥妙。首先我要讲的是关于狗哨和飞机螺旋桨的故事。
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由于某些原因,狗对高频率声音很敏感,甚至是许多人不能听到的频段。也许是狗的耳鼓更轻盈些,所以能够察觉更高频率的振动。因此,如果你想叫你的狗,但是又不想打扰你的邻居,那么你可以使用一个狗哨。狗哨的声音频率很高,人的听力系统对它没有反应。
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现在设想爱丽丝跳进一个黑洞,并且吹响她的狗哨,来给她留给鲍勃照看的雷克斯[187]发了一条信息[188]。这个频率对于鲍勃的耳朵来说太高了,起初他什么都没有听到。但是想一下,一个信号若在视界附近发出将会发生什么呢?从鲍勃的角度来看,爱丽丝和她所有的身体机能,似乎都在慢下来,其中也包括她哨子声音的频率。虽然这个声音一开始超出了鲍勃的听域,但是随着爱丽丝慢慢靠近视界,鲍勃渐渐可以听见哨声。假定爱丽丝的狗哨覆盖了整个高频段,有些甚至超过了雷克斯的听域。鲍勃会听到什么?起初什么也听不到,但是不久后,他便慢慢听到一些哨子发出的最低频率的声音。随着时间推移,更高一点的也能听到了。最后鲍勃能听到爱丽丝哨子所吹出的整个交响乐曲。当我跟你讲关于飞机螺旋桨的故事的时候,你脑子里面要留着这个故事的印象。
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你应该看过飞机螺旋桨逐渐变慢直到停止的样子吧。开始的时候那些叶片是看不见的,你只能看到中间的毂。
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