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1700934253 我们再仔细检查一下这个二维片层,如你所期望的,它是弯曲的,就像地球的表面一样。这意味着如果要在一个平面上画出它,你必须要延展和弯曲这个曲面。我们不可能不失真地在一张平的纸上画出这幅地图。在一幅麦卡托地图上,靠近北部和南部的边缘上的区域看起来就要比赤道附近的区域大很多[212]。格陵兰岛看起来就像非洲那么大,尽管它的面积只有非洲面积的1/15。
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1700934258 AdS中的空间(或者时空)是弯曲的,但不像地球的表面,它们的曲率是负的。如果将它们平展到一个平面上会出现“反麦卡托”效果:会使边缘看起来非常小。埃舍尔(Esher)那幅著名的《圆的极限Ⅳ》,就是一幅带有负曲率的弯曲空间的地图[213],精确地展示了二维AdS片层的样子。
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1700934263 我发现《圆的极限Ⅳ》具有催眠作用。(这使我想起了《老鼠和他的孩子》以及其中主人公对最后一只可见狗的永久找寻,见第20章。)这些天使和魔鬼无休止地一再出现,直至消失在无限分形的边界中。是埃舍尔跟魔鬼做了一笔交易,让他能够画出天使无数?还是,只要我拼命看,就能看到最后一个可见天使?
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1700934265 稍停一会儿,重新整理一下你的大脑,将那些天使和魔鬼都想象成一样大小。这并不是一个简单的智力体操,但是它有助于你回想起格陵兰岛的面积与阿拉伯半岛几乎完全一样,尽管前者在麦卡托地图上看起来要比后者大8倍。显然,埃舍尔对这类思维练习特别在行,但是通过实践你也可以掌握它的要领。
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1700934267 现在让我们再花一些时间,总结一下在反德西特空间中的图像。跟以往一样,我们用竖轴表示时间。每一个横向片层代表一个在特定时刻的普通空间。这里将AdS看作是由无数个空间片层构成的——一根被切成无限多个薄片的意大利蒜味香肠——如果把这根香肠不断地往上堆叠就可以形成一个时空连续统。
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1700934272 AdS中的空间以一种离奇的方式弯曲着,但是并没有时间那么怪异。回忆前面第3章,在广义相对论中,不同位置上的时钟走的速率是不同的。例如,一只靠近黑洞视界的钟会越走越慢,这也使得黑洞可以被看成是一个时间机器。在AdS中,时钟也表现得很怪异。设想每一个魔鬼都戴着它们自己的手表。最接近中心的魔鬼们,环视一下四周那些相对离中心远一些的邻居们,会发现一些奇怪的事情:距离较远的地方上的时钟,走的速率是他们自己的表的2倍。假设这些魔鬼都有新陈代谢,离得比较远的邻居的新陈代谢也会更快。事实上,每一次时间测量的结果,看起来似乎意味着加速,而且当测量一些更远的地方,时钟似乎走得还要快。每一个连续的环层都会比里面的那个走得快,直到靠近边界上的时钟走得太快,以至于中心附近的魔鬼看到的是一团正在旋转的模糊。
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1700934274 AdS时空的曲率产生了一个引力场,将所有东西都推向中心,即使在那里并没有什么东西。这个诡异的引力场的一个表现是,如果一个有质量的物体被移向边界的话,它将会被推回来,就跟弹簧上发生的基本一样。如果不外加任何作用,这个物体将会无休止地来回振动。第二个效应实际上就是硬币的另一面。一个向着中心的拉力和一个背着边界的推力是等价的。这个推力是一种不可抗拒的排斥力,使包括黑洞在内的所有东西都与边界没有任何联系。
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1700934276 造出来的盒子是用来放东西进去的,所以我们在盒子中放入几个基本粒子。不论我们把它们放在哪里,它们将会被拽向中心。单个粒子最终将绕着中心振荡,但是如果有两个或两个以上的粒子,它们可能会碰撞。引力——不是那个AdS中诡异的引力,只是普通的粒子间的引力吸引作用——可能会使它们聚成一团。加入更多的粒子会增加中心的压力和温度,这个聚团可能会被点燃而形成一颗恒星。如果再加入更多的质量,那么将会导致一个灾难性的坍缩:一个黑洞将会形成——一个黑洞被捕获在一个盒子里面了。
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1700934281 巴纳多斯、泰特尔鲍姆和扎内利并不是第一个研究AdS中黑洞的人;这个荣誉应该给唐·佩吉和史蒂芬·霍金。但是BTZ发现了最简单的例子,这个例子很容易想象,因为其空间只有二维。这里有一幅关于BTZ黑洞的图像。黑色的区域的边界是视界。
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1700934283 除了一个例外,反德西特黑洞具有所有普通黑洞应该有的特点。如往常一样,视界里面藏着一个让人非常讨厌的奇点。增加质量会导致黑洞尺寸的增加,并把视界推向边界。
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1700934285 但是与普通黑洞不同,AdS黑洞并不会蒸发。视界是一个无穷尽的热源,不断地辐射光子。但是这些光子没有地方可去。它们又会再一次掉入黑洞,而不是蒸发到外部的空间中。
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1700934290 再说一点反德西特
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1700934292 设想放大《圆的极限Ⅳ》边界上的点,使它膨胀,以至于边界看上去完全是平直的。
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1700934294 我们可以一次次重复上述做法,直到最后边界看上去是笔直而且无限的,这并不需要我们对每一层的天使和魔鬼都进行放大处理。我不是埃舍尔,我没法复制他这幅优美的作品,但是如果为了简化起见,我们用方块取代魔鬼,这幅图就会变成某种格状图案,越接近这种格状图案的边界,其方块就越小。我们可以把AdS看成是一堵有无限多砖块的墙。当你每下一层,砖块都会变大一倍。
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1700934299 当然,在反德西特空间中并没有真实的线,就像地球表面上没有经线和纬线一样。它们只是用来告诉你的眼睛,尺度是怎么因空间的曲率而变形的。
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