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1700934201 当他走到我们跟前时,他抓住我的手臂并骄傲地护卫我们穿过卫队,并以一种非常威严的态度向士兵们挥手示意,要求他们让道。他抓住我们的行李,并快速地带我们离开了机场,走向他那辆非法停靠的土黄色吉普车。然后我们极速驶离机场,开进了圣地亚哥,拐弯时车的两个轮子都离地了。每当有士兵经过我们身边时,泰特尔鲍姆都会鸣笛致敬。“泰特尔鲍姆,”我低声地说,“你为什么弄出哗哗声?你会让我们都死掉的。”但是没有人把我们拦下来。
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1700934203 我最后一次在智利的时候[209],皮诺切特时代已被一个民主政府所取代,泰特尔鲍姆与军队有了真正的联系,特别是空军。那是泰特尔鲍姆在他的小研究所内举办的一次关于黑洞的会议。他动用了他在空军的影响力,把我们其中的一些人,包括我和霍金,用飞机接到了智利的南极基地。我们在那里过得很愉快,但是令人印象最深的事情就是空军将军们招呼我们的方式,其中也包括他们的首长。一个将军倒茶,另一个递上开胃食品。泰特尔鲍姆在智利显然是一个很具影响力的人物。
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1700934205 但正是在1989年,在去往智利安第斯山脉的一辆旅行巴士上,泰特尔鲍姆第一次告诉我了某种反德西特黑洞。今天,它们被称作BTZ黑洞,意思为巴纳多斯—泰特尔鲍姆扎—内利黑洞。马克斯·巴纳多斯(Max Banados)和若热·扎内利(Jorge Zanelli)是泰特尔鲍姆的亲密伙伴,他们三个的发现,在黑洞战争中产生了深远的影响。
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1700934207 天使与魔鬼
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1700934209 黑洞物理学家们永远喜欢把一个黑洞封装在一个盒子里,并像保护珍贵的宝石一样保护它。是为了防止什么呢?防止蒸发。把它封装在一个盒子里就像给一壶水盖上盖子。粒子将会在盒子的各个盒壁间(或是水壶的盖子)不断反弹,并回到黑洞(或水壶)而不会被蒸发到外部空间。
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1700934211 当然,没有人真会把一个黑洞放入一个盒子中,但是这个思想实验却蛮有意思。一个稳定的、不变的黑洞,将比那些蒸发的黑洞简单得多。但是会出现一个问题:没有真实的盒子可以永远包裹黑洞。就像其他任何东西一样,真实的盒子是有随机晃动的,而且迟早会有意外发生。这个盒子将会与黑洞产生某种联系,而最终被黑洞吞没。
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1700934213 这时反德西特(AdS)空间出现了。首先,不管它的名字是什么,反德西特空间确实是一个时空连续统,其维度中包含着时间维。威廉·德西特(Willem de Sitter)是一个荷兰的物理学家、数学家和天文学家,他发现了爱因斯坦方程的一个4维解,并用他的名字命名了这个解。数学上,德西特空间是一个以指数式膨胀的宇宙,其膨胀方式与我们的宇宙很相似[210]。德西特空间是一个很久以前的想法,而不是一个什么新鲜的东西,但是近年来,它对于宇宙学家来说却极为重要。它是一个带有正曲率的弯曲的时空连续统,这意味着三角内角之和大于180°。但是所有这些都不是重点。在这次讨论中,我们感兴趣的是反德西特空间,而不是德西特空间。
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1700934215 反德西特空间并不是德西特的反物质双胞胎兄弟发现的。“反”表示空间曲率是负的,意味着内角之和小于180°。关于AdS最有意思的事情,就是它有着许多球状盒子内壁的特性,一个不能被一个黑洞吞噬的盒子。这是因为AdS的球状墙面对于任何靠近它的东西都会施加一个强大的作用力——一个不可抗拒的排斥力,其中也包括黑洞的视界。这种排斥力足够强,以至于墙面和黑洞之间不可能产生任何联系。
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1700934217 总的来说,普通的时空有4个维度:3个空间维和1个时间维。物理学家们有时候称之为4维,但是这样却模糊了空间和时间之间的明显的不同。一个关于时空的更加精确的描述就是(3+1)维。
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1700934219 平地和线地都是时空连续统。平地是一个仅有2个空间维的世界,但是居住在上面的人,也会感觉到时间。他们会很正确地将自己的世界称为(2+1)维。线地人生活在(1+1)维的时空中,他们只能够在一根轴线上移动,但是他们也是能够感觉到时间。(2+1)维和(1+1)维的好处就是能够容易地画出它们的图像来帮助我们的直觉想象。
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1700934221 当然,没有什么可以阻止数学物理学家去创造一个带有任意空间维的世界,虽然大脑没有能力看到这些维度。有人可能会想,有没有可能可以更改时间维度的数量。在一个完全抽象的数学感觉中,这个答案当然是肯定的,但是如果从物理学家的观点来看,这似乎没有什么意义。时空维数是单一的一维看起来是正确的。
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1700934226 (1+1)维时空     (2+1)维时空
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1700934228 反德西特空间也有多种维度。它可以有任意数目的空间方向,但是只有一个时间方向。巴纳多斯、泰特尔鲍姆和扎内利所研究的AdS空间是(2+1)维的,这使得用图来解释变得比较容易。
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1700934230 不同维度上的物理
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1700934232 三维空间(不是时空)在我们的认知中似乎是根深蒂固的。没有人可以不借助于抽象数学的帮助,想象出四维空间。你可能会认为一维或二维的空间比较容易构造图像,而且某种意义上确实如此。但是如果你再想一会儿,你就会意识到当你在想象线和平面的时候,你总是在认为它们是嵌入三维空间的。这当然是我们大脑进化的方式的缘故,与任何特殊的三维数学特性无关。[211]
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1700934234 量子场论,基本粒子的理论,在一个维数较低的世界中跟它在三维空间中一样成立。我们所能说的,基本粒子完全有可能是在二维空间(平地)甚至是一维空间(线地)的。事实上,在维数减少后,量子场论的方程要简单一些,而且这个领域中我们所知道的许多东西,首先是在这些世界模型的量子场论研究中发现的。所以巴纳多斯、泰特尔鲍姆和扎内利它们研究一个空间维数只有2的宇宙没有什么奇怪的。
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1700934236 反德西特空间
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1700934238 解释AdS的最好的方式,就是用泰特尔鲍姆在智利的旅行巴士上所用的方式:用图。我们先忽略时间,并从一个空圆盒子中的普通空间开始。在三维中,一个球形的盒子意味着内部是一个球;在二维中,这甚至更加简单,内部就是一个圆。
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1700934243 现在我们加入时间维。我们用竖轴表示时间,盒子里面的时空连续统类似于一个柱体的内部。在下面的图中,AdS就是柱体中没画上阴影的内部。
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1700934248 想象一下给AdS切片(记住,它只有一个时间维),方式与我们给黑洞切片构成一个嵌入图相同。真正能称为空间的,是切出来的空间性截面。
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