闻夕felicity对《黑洞旅行指南》的笔记(10)

    爱因斯坦出现前，人们通常认为引力是一个物体作用在另一个物体上的力，这种力离奇地不需要相互接触。爱因斯坦出现后，一切都变了，引力变成了弯曲的时空。可地球如何在不接触的情况下牵引月亮呢？它并没有。它完全没有牵引月亮，它不施加任何力。相反，地球弯曲了周围的空间，月亮在其中自由地运动。
只要离黑洞足够远，空间的曲线就会和太阳、月亮，或是地球周围的曲线相似。如果我们的太阳明天就被一个黑洞代替，我们的轨道丝毫不会改变。我们围绕黑洞旋转的曲线与我们围绕太阳的曲线几乎一模一样。当然，这种代替会给地球带来永恒的黄昏以及末日般的寒冷和黑暗。但至少我们的轨道不会改变。
    地球到太阳的平均距离约为1。5亿千米，太阳的直径约为140万干米。相较之下，一个太阳同等质量的黑洞直径仅为6干米。尽管黑洞以吞噬一切物体著称，它的安全距离也要比太阳的安全距离短得多，但你只有在距离黑洞和太阳几百公里内的地方才会注意到它们周围空间的巨大差异。可还没等你到达这个位置，你就会被太阳熔为灰烬。
    钻进太阳的等离子体内部，太阳对你施加的引力就会逐渐衰减。当你逼近中心时，会把一部分太阳质量排在身后，你面前的物质慢慢减少，太阳大气层内部的空间会变得越来越平缓。
    相反，无论你离黑洞多近，引力都丝毫不会减少。空间的弯曲程度只会越来越剧烈。黑洞的特别之处在于你无法把任何物质排在身后，这就好像黑洞的质量永远都集中在你的正前方。你可以无限接近黑洞的中心，却仍然能感受到黑洞的全部质量在你面前。
    切记与这些毫不起眼的黑洞保持安全距离。只有这样你才不会被扯成两半，也不会被无情地吞噬进去。黑洞并不像外界描绘的那样具有毁灭一切的力量。只要你别离它太近，只要你别跨越临界点，令人痛心的悲剧就不会发生。即便你冒失地闯进了危险地带，也就是几个黑洞直径的距离，你也可以建立一个空间站，关闭发动机，在一条周期仅数小时的稳定轨道上自由降落，并安然自得地欣赏黑洞奇观，直到补给用尽的那一天。

2022-09-05 15:54:08 回应

    你要做好随时遭遇黑洞的准备。隐藏在黑暗中的黑洞本身是不可见的。在厄运降临之前，你甚至无法意识到黑洞带来的威胁。你必须带上一个强光源才能把黑洞从背景中区分出来。在强光源的帮助下，黑洞看起来就像一个与周围格格不入的黑色圆盘，就像明亮世界中缺失的一角。
    光也生活在空间中，也需要遵循某种路径。如果你坐在沙发上向前方打一束光，你不会觉察到光线落向地球。光束看起来是直的，但也不完全是直的。光固有的速度造就了相对笔直的路径。光只会以一个速度传播即光速。作为宇宙中速度的上限，光的自由落体曲线要比低速物体的曲线更直。所以地球引力带给光路的弯曲要更小，更直，更难以察觉。
    爱丁顿测量出了太阳周围光线的轻微偏折，而黑洞周围却存在着一条弯曲如此剧烈，以至光都要沿圆形轨道运动的曲线。你可以利用喷气推进器飞到这条轨道并在上面逗留片刻。当然，你必须要开启喷气推进器的发动机才能抵抗向黑洞坠落的趋势。一旦到达那里，你可以冲自己的脸发射一束光。你的脸会反射回部分光线（如果不能反射光，我们就变成隐形人了）。你面部的影像将绕着圆轨道运行一圈，然后到你的后脑勺。刹那之间，光会从你的脑后反射回来，按照原路返回，进入你的眼睛。也就是说，你可以看到自己的后脑勺。
    当你离黑洞足够近的时候，空间弯曲会越来越剧烈，自由落体越来越快，你向黑洞坠落的趋势越来越难以阻挡了。你需要相当多的有效载荷燃料才能加速到足够的速度。一枚从卡纳维拉尔角发射的火箭需要达到每秒11千米的速度才能逃离地球；即便月球的质量比地球小得多，也至少需要每秒2。5干米的逃逸速度；而太阳的逃逸速度则超过了每秒600千米，这意味着，太阳内部的等离子体羽流需要同样的速度才能把炽热的恒星大气以电离风的形式吹入太阳系。
    事件视界上的光看着像盘旋在黑洞上方，它以固定的速度前行却始终无法逃离黑洞，就像条挣扎在难以逾越的空间水塘边缘的小鱼。推它一下，它就会输掉与黑洞的较量，扑通一声落入其中。
    事件视界是黑洞阴影的范围，进入事件视界的任何物体都会中断它与外部的联系。从外界来看，黑洞是黑暗的。它是黑的，它是个黑色的洞。当你落入黑洞阴影时，你找不到物质实体上的边界。你将径直落入黑色虚空，过渡的瞬间没有任何异状发生，和走进一片树荫没什么两样。
    黑洞的本质是事件视界。事件之间再无瓜葛，因果关系就此失效。视界内部的事件无法对外界施加影响，更无法向外部世界传递任何信息或能量。反过来却并非如此，外部事件可以被传递到内部，黑洞之外的世界可以影响黑洞之内的世界。从外看内，黑洞是不透明的；从内看外，世界是完全透明的。
    如果有的选的话，我建议你落入一个尽可能大的黑洞。如果你远小于黑洞，你基本不会注意到视界是弯曲的，就像你感觉不到地球表面是弯曲的一样。如果你站在一个篮球上，你脚下篮球的曲率要比整个地球的曲率更加明显。黑洞越大，你越难感到弯曲，你的头和脚基本上能一起落入黑洞。如果这个黑洞实在太小，那么当你的双脚跨入黑洞时，头却还在外面，你会发现自己马上将被扯成两半。你身体中的结缔组织还在无谓地抵抗着双脚的背叛，最终韧带不堪重负，彻底撕裂，结果惨不忍睹。但要是穿越大型黑洞的事件视界，那就一点问题也没有了。

2022-09-05 16:23:14 回应

    事情是这样的：想象一个正在坍缩的恒星，炽热的物质球体导致时空弯曲。恒星受压力缩小，外部空间曲率增加。物质密度越大，恒星外空间曲线弯曲越剧烈。逃逸出恒星的等离子体喷流的速度也就越来越高，直至恒星的密度爬升到一个临界值，此时恒星的逃逸速度已经达到了光速。事件视界形成，任何东西，包括恒星自己发出的光，都再也无法逃逸了。
    现在恒星继续坍缩，时空的形状上留下了事件视界永久的烙印。恒星崩溃了，坍缩一发不可收拾。形成事件视界的物质消失殆尽，只剩下空荡荡的空间和一个事件视界。
    就效力而言，事件视界等同于黑洞。事件视界阻塞了黑洞内部到外部的通道。黑洞内部的任何信息都无法被传递到外部宇宙。事件视界禁止这种情况发生。除了形成事件视界时留下的时空印记，恒星原本的构成物质此时已经与黑洞毫无关系。雪不心
    摆脱黑洞就是致密物质的印象吧。把黑洞理解为赤裸的事件视界、弯曲的空旷时空，或者一片虚空。我为这个概念着迷，从而踏上了成为天体物理学家的道路。
    因此，我们可以声称黑洞有质量，即便所有进入其中的物质都已消失不见。黑洞表现得像个拥有质量的物体。黑洞自身可以像大质量物体一样沿着其他重物的弯曲轨道坠落。黑洞可以围绕恒星、星系和其他黑洞运动。黑洞也可以被拉或者被扯，而这样做的难度会随着惯性的增加一质量的增加—而增加。因此，尽管组成黑洞的原始物质在事件视界内不复存在，我们仍然可以用“质量”这个概念来描述黑洞。

2022-09-05 17:25:49 回应

众所周知，当我们把地球的球面投影到一张平坦的纸上时，距离和大小会因为投影而变形。我们明明取了一个曲面，却硬要把它拉伸成平面，难免会有偏差。尽管如此，我们仍然可以很好地使用平面地图，只要我们看得仔细一点，并应用适当的规则去阐释距离、角度等内容的实际含义即可。
    你和爱丽丝飘浮的空荡时空也可以画在一张纸上，但类似于把地球球面投影到平面上，这种做法会导致一定程度的变形和失真。因此，我们需要把地球绘制在球面上以便更准确地呈现它的地理状况。同样，时空应当被绘制在另一种不同的表面上，而与之配套的衡量距离的规则也与我们熟知的适用于平坦纸面的那一套有所不同。时空的表面可以被完全数学化（它被称为闵可夫斯基空间），但是不容易形象地呈现出来，只是现在我们为了了解投影的基本规则，才把时空投影到平坦纸面上（具体规则这里不再赘述，不然我们就彻底跑题了）。
    时间膨胀了，或者更确切地说，比起远离黑洞的时钟，落入黑洞的时钟所测量的时间要流逝得更慢。这种持续性的时间膨胀会愈演愈烈，直到事件视界上的时间从外界看来似乎完全停止了流动。
假设时间和空间首先是由无限遥远的时钟来测量的，那么这些时钟的观察者进入黑洞后将不得不得出如下结论：在事件视界内，他们曾经称为时间的东西现在成了空间，他们曾经认为是空间的东西现在变成了时间。用左和右互相旋转的类比来思考，你会更容易理解此情此景。时间的流逝速度怎么可能比完全停滞更慢呢？现在就好像时间旋转到了空间，空间旋转到了时间，二者的属性完全对调。
    在视界内部，如果想要向外围移动，你就必须以比光速更快的速度运动。这显然是不可能的。既然没有什么物体能比光传播得更快，那么所有可行的路径最终都将指向黑洞内部。也就是说，你的一切未来都位于黑洞中心，而你所有的努力和挣扎注定要失败。你只能向奇点不断前进，因为奇点只存在于你的未来，事件视界只存在于你的过去。你将无情地跌向奇点上的未来，正如你身后的爱丽丝在时间的长河中也正朝着她的未来前进一样：个人的生老病死、国家的荣辱兴衰和文明的更迭消逝。
    我们曾想当然地把黑洞奇点当成一个球体的中心。但实际上，它位于未来的时间点，而非空间中的一点。你无法看到黑洞的中心，因为光不能从奇点向你传播，就好比光不能进入过去一样。时间不能倒流。在奇点上死亡，就是你的未来。

2022-09-05 17:52:39 回应

你将不可避免地坠入奇点。这注定是一段凶多吉少的旅程，你身体中的物质扰乱了黑洞的内部环境，激起了时空的涟漪。当你靠近奇点时，空间会残暴地把你扯得四分五裂。你身上接近奇点的位置比远离奇点的位置运动起来快得多，拉扯感宛若五马分尸。与此同时，你的整个身体结构被迫向那一点集中，压迫感宛若泰山压顶。一微秒，或许还不够你眨一次眼，却足以让你被空间剥皮，粉碎，碾压至死。随后，空间风暴会猛烈地击打你，撕扯你体内的有机物质，直至它们粉碎成基本粒子。最后的最后，这些曾经构成你身体的粒子会如同骨灰一般被撒向时空的切口，从宇宙中销声匿迹。这个时空切口不通往任何地方。奇点既是空间和时间的终结，也是存在的终结。任何物体，一旦被空间碾碎，被推进奇点，就不再拥有未来。奇点上的死亡是最完全、最有力的存在性死亡。你体内包含的基本粒子从空间中湮灭，你和你的构成物质变成了过眼云烟。这是真正意义上的不复存在。
奇点是对探寻真理的整个科学范式的组咒，几乎所有物理学家都怀疑广义相对论在奇点上的适用性。相对论或许无法为如此极端的环境提供完整的物理描述，黑洞奇点或许也只是相对论的一个错误预言。换句话说，数学理论告诉我们，相对论在奇点上失效了。也正是因为预测了奇点，广义相对论无法成为一个描述宇宙的完备理论。如果坚持信仰相对论，我们就要面对一个十分黯淡的宇宙图景。奇点的存在，说明宇宙于根本层面上就不协调，已经病入膏肓了。
    也许在黑洞深渊当中并不存在所谓的“奇点”，取而代之的是坠入物质的某种量子残余。这种量子余烬位于黑洞正中央，承受着灾难般的高能和空间曲率。可以想象，所有最初形成黑洞的物质无一例外地落入其中，被牢牢地束缚于某种未知的量子态。我们自以为了如指掌的亚原子粒子，曾经还是恒星再普通不过的组分，现在却被压缩到比氢核的万亿分之一还要小。
    同样可以想象，支持上述物质残余假设的物理学家并不多，它只不过是句无法证实的废话罢了。如果仍然无法找到切实证据，我们就只能屈服于各种各样的猜想。其中最受公众欢迎的一个就是：黑洞内部的空间结构可能会破裂，从而在另一片空间中形成白洞。因为白洞通向的空间要比黑洞表面更大，整个过程就像是又一场宇宙大爆炸。如同《神秘博士》中的塔迪斯，黑洞里可能藏有另一个宇宙。

2022-09-05 22:12:10 回应

    从某种程度而言，黑洞是引力的基本粒子，因其特殊的性质，我们已知的宇宙中没有可与之比拟的存在，当然，除了类似的黑洞。所有其他理想粒子都存在于亚原子世界，所以宇宙中也可能存在亚原子黑洞。这种黑洞通常表现得很不稳定，质量或与亚原子粒子相同。甚至，我们在粒子加速器中就可以制造出亚原子黑洞。
    倘若我们让粒子对撞，使它们的能量集中于足够小的空间内，从而达到黑洞的密度，就可以创造出迷你黑洞。理论上，最小的基本黑洞粒子质量约为22微克，是芝麻种子质量的几干分之一，体积却要比它小约32个数量级。22微克可能看起来不是很重，但这个微观黑洞的质量比质子大19个数量级，体积比质子小20个数量级。在你家的厨房里，你可以轻轻松松找到一堆22微克左右的颗粒物集合，比如一小把面粉。但这些面粉由无数小颗粒组成，非常分散，远远小于黑洞的致密程度。制造又大又重的东西很容易，比如建筑物和宇宙飞船；制造又小又重的东西却很难，越小，越重，越难生产。根据上述推测，迷你黑洞是最重也是最小的基本粒子。
    位于瑞士的大型强子对撞机在一条狭窄的、长达27干米的环形加速隧道中粉碎粒子束，碰撞后纷飞的粒子碎片喷向环上一系列探测器，供研究人员观测。它是人类目前建造的最大、能量最高的粒子加速器，并有望永久保留这一美誉。大型强子对撞机达到的能量峰值比量子黑洞所需能量小15个数量级，根本无力制造这样一个黑洞。

2022-09-05 22:26:15 回应

如果这本生存指南——人类的思想遗产——因为种种原因而无法留存，那么一定要传达给未来太空旅行者的建议便是：尽可能远离黑洞喷流。我们可以把喷流理解为一把以黑洞为动力的宇宙激光枪。喷流能够将粒子加速至可行的最高能量，进而产生致命的X射线与伽马射线。高能喷流的直接冲击可以烧毁行星起保护作用的大气层，煮沸行星核，并灭绝行星上所有的生命。源自超大质量黑洞的最猛烈喷流甚至能在邻近星系中吹出一个大洞，消灭其中数十亿颗行星上任何正在进化的物种。请一定要采取预防措施，想尽一切办法远离发射线。哪怕来自小黑洞高能粒子的一丁点辐射都能让你的DNA受损，原本健康的细胞开始恶化。而高强度的辐射则会损害你的中枢神经系统，改变你的运动和认知功能，甚至剥夺你采取逃避行动的能力。随着电子从原子中挨个剥离，化学键逐一断裂，身体组织受到损伤，你的辐射病就会如约而至。然而，这还只是最理想的情况：尽管有防护装备和预防措施，你却因为安全距离计算错误而被喷流严重烧伤。一旦直接命中，你就会立马从这个世界蒸发。
    狂暴纪元结束之前，一定要避免靠近喷流。很久之前，我们的银河系或曾拥有类星体的特性。但随着时间推移，可供中心超大质量黑洞消耗的物质越来越少，星系演化的活跃阶段也就告一段落。喷流逐渐消失了，星系中心依然明亮，只是不再如从前一般耀眼。星系核心的居民得以安全运行，而无须频繁落入黑洞。平静的星系核所带来的相对黑暗，让一个新出现的物种能够遥望宇宙大爆炸138亿年后银河系之外的世界。
尽管超大质量黑洞广泛存在于星系中，绝大部分黑洞却都太遥远，即便使用地球大小的望远镜也无法分辨。但有一个例外：M87是一个巨大的椭圆星系，距我们5500万光年远。它蕴藏着一个惊人的超大质量黑洞，质量是太阳的数十亿倍。比起人马座A*，M87中的超大质量黑洞体积更大，但更加遥远的距离使其在我们的天空中就像人马座A*一样小。
    利用分布于世界各地的大型射电望远镜既借用了最先进、最复杂的天文台，也恢复了部分几乎报废的天文台，事件视界望远镜变成了一个与地球大小相当的望远镜阵列。随着地球的自转与公转，目标黑洞逐一上升至全球各地独立望远镜的视野范围内。为了绘制精确的黑洞图像，事件视界望远镜需要像台单一望远镜那样运作。这项工作涉及不同望远镜间精密的时间同步以便统合为一只地球大小的巨眼望向黑洞。正如事件视界望远镜研究小组所描述的技术挑战：无论是分辨人马座A*还是M87的图像，都好像从纽约市看清旧金山的一枚硬币上的日期一样困难。

2022-09-05 22:45:20 回应

    自然定律少之又少，实际上只存在两种物理定律：一种用于描述引力，另一种则用于描述物质。我们将引力等同于时空，用约翰·惠勒的话来讲，时空中的物质和能量告诉时空如何弯曲，而弯曲的时空告诉物质和能量在其中如何运动。物质间作用的规则掌控着原子核和原子的运动，同样也决定着光的性质以及我们对这个世界的大部分体验，却似乎与时空规则有着本质上的不同。尽管如此，区区两种定律对物理学家而言仍然算得上赏心悦目。令人叹服的是，我们现在所熟知的世界仅从上述两种定律演化而来，而浮于表相的复杂性与多样性却让我们忘记了世界原有的简洁面貌。
    量子力学不属于基本定律。它是基本定律在高能状态下的表现形式。在高能量下，你能够以外科手术般的精度游刃于极其微小的间隔。以X射线为例，它小到足以驱动你皮肤中的原子，小到足以发现你的皮肤几乎是全空的。众所周知，高能物体的行为与我们日常生活中低能量的物体截然不同。通过对高能粒子的观测，我们可知，物质被量子化成了离散的、不可分割的单位，即量子。我们对于物质有着久经检验，并且可靠的量子描述。如果我们能放大微观宇宙的运作，就能观察到一个反直觉的世界。这个光怪陆离的世界中充斥着无限的、不安分的、概率性的量子，而位于其中的事物的基本存在则是模糊的、不确定的。因此，在我们熟悉的日常体验中，有关明确物体的简单确定性事实只不过是假象罢了。这种自我欺骗实则来源于我们拙劣的感知功能、模糊不清的视觉、迟钝的反应能力，以及极为有限的力量。要实现所有自然规律如此深刻的统一，我们需要掌握引力在量子力学框架内的描述。而事实证明，这是难以捉摸的。
为了搜集量子引力的线索，我们需要探索黑洞的边界。黑洞如同一个放大镜，扩大了宇宙历史长河中尺度最小、能量最高的物理过程，而这正是量子力学能够大展拳脚的领域。
黑洞的确是虚无，但它并不像表面看起来这样简单。在量子层面上，空间绝不会像我刚才讲的那样完全空荡。实际上，量子概率时刻困扰着真空，物质可能存在其中，也可能不存在其中，于两种可能性之间不断波动。量子层面上存在的模糊性与海森堡不确定性原理有关。该原理指出，没有任何亚原子粒子可以在一个特定的位置上完全静止。
如果一个粒子正处于某一个特定的位置，它就是运动的叠加。反之则相反。如果粒子正以特定的速度运动，它就处于位置的叠加。粒子在空间中无法明确地物质化。从字面意思上讲，它既不存在于这里，也不存在于那里，而是两者皆有可能。所以我们说，位置与速度互补。
    在我们的想象中，粒子应当同时拥有明确的位置和明确的运动规律。然而，后来我们发现，这种说法就像声称一个声音既是和弦也是音符一样愚蠢。没有任何声音可以同时是和弦与音符。同理，没有任何物体同时拥有明确的位置和明确的速度。上述两难困境引申出了对量子世界更广义的理解。在量子层面上，这里与那里，过去与现在，快与慢的叠加态合情合理且可持续进行。这个世界明确的现实本身也不过是场幻觉。我们所要做的就是仔细观察，曾经坚定的现实自然就会瓦解。
    从更极端的角度来看，如果你不能确切地说一个粒子确实存在，那么这个粒子的存在或不存在就不再可以明确定义。更进一步来说，纯粹的真空中实际上存在一个基本物理极限，如果我们不能明确地说某物存在，那么我们也无法明确地说某物不存在。这种不确定性的直接后果便是，粒子出现和消失的波动变得无法抑制。
    因此，即使是真空也并非完全空荡。真空会因为物质的量子波动而产生时空泡沫，就算在你所处的房间里，量子波动也时时刻刻在发生。但是，考虑到与量子海洋的微观尺度相比，我们本身又大又笨拙，因而我们根本无法觉察到这种精细的差异。
    真空波动同样有自己的法则，而粒子在出现和消失时必须要遵守相应条件。试着用下面的颜色类比来理解，假设你面前摆放着一碗绿色颜料，此时，你使用某种炼金术从中提取出了两滴液滴：一滴蓝色，一滴黄色。两滴颜料液体融合在一起就能够重新生成原来的正绿色。在这个类比中，真空是特定的状态，就像某种特定色号的绿色。只有结合到一起能重现这种绿色的颜色组合才有可能从真空中波动出来。借助海森堡不确定性原理，蓝色和黄色能够从真空中浮现，但它们会在极短时间内重新组合，回归原本的绿色。一般而言，真空波动难以察觉。粒子对物质化与非物质化的速度过快，以至于我们根本无法察觉。
然而，如果这片真空正好位于黑洞事件视界附近，那么事件视界就会不可逆地剥离出其中一滴液滴，这就是黑洞能够从真空中带走实粒子，而你的房间却无法做到的关键原因。在我们先前的颜色类比中，绿色液滴中可以分裂出蓝色液滴与黄色液滴。可是如果蓝色液滴单独落入了事件视界，黄色液滴却没有，那么黑洞外失去了蓝色液滴同伴的黄色液滴就再也无法还原成绿色，它从此往后将自由自在地生活于宇宙中。黄色液滴似乎凭空出现，蓝色液滴却万劫不复地掉进了黑洞。
    换作黑洞物理学的专业术语来讲。量子涨落创造出了一对光子，其中一个正好落入了事件视界内，而另一个则落在视界外部。掉进去的那个光子永远不可能逃逸出黑洞，与它的同伴重新结合。失去搭档后，视界外部的光子无法再次回归真空，因为它不再具备正确的性质。用我们之前的颜色类比来说，就是仅剩的黄色液滴与这碗绿色颜料匹配不上了。因为视界外的逃逸速度小于光速，所以落入视界外的光子便可以挣脱黑洞的束缚。
黑洞将光永久地从真空中拉了出来，吸收其中一个光子，却允许另一个光子如脱缰野马般逃逸到宇宙的边缘。
逃逸的光线不携带任何关于黑洞的细节。从某种意义上讲，光的产生是真空的性质，与黑洞没有半毛钱关系，因而没有任何关于黑洞的特征或信息被编码在辐射中。从黑洞附近散发的无特征光线，以斯蒂芬·威廉·霍金的名字命名为霍金辐射。霍金是一位盛气凌人但身体抱恙的英国物理学家，正是他提出了如此非凡、独特的想法。
    因为宇宙中的能量严格守恒，霍金辐射带走的热量与能量是以牺牲了某些能源作为代价的。逃逸光的正能量与入射光的负能量相平衡。读至此处，你或许会担心宇宙中并不存在负能量。但请放心，能量本身也是相对的，一切都要取决于你选择的参照物。从黑洞内宇航员的视角观察，入射光具有正能量。可是对远离黑洞的观察者而言，入射光以减少黑洞质量的方式降低了黑洞的引力能。随着黑洞发射出霍金粒子，它们必然会失去质量。最终，黑洞必将蒸发殆尽。
    任何物体都无法从黑洞中逃离，可黑洞却纵容自己释放霍金辐射，从而缓慢蒸发。此情此景荒诞地违反了我们的直觉，同时也是对黑洞自身的绝妙讽刺。使黑洞异常黑暗的特性，即事件视界，恰恰也与黑洞的本质相悖，它竟然允许黑洞以量子辐射的形式发光。
    在量子力学的框架中，黑洞展现了真正意义上的物理困境。事件视界（纯粹的引力现象）的存在，确保了黑洞附近的真空能够产生霍金辐射，既不包含任何黑洞内部细节，也无法泄露黑洞历史的蛛丝马迹，进入黑洞的信息永远不可能出来。霍金证明，辐射热量会泄露到事件视界外的空间，信息却无法与之同行，最终黑洞会在霍金辐射中爆炸，什么都不会留下，包括事件视界。窗帘被拉了上去，可是帘子后面什么也没有，什么都没有。所有掉进去的物质都消失了。
象。目前为止，我们发现的所有黑洞在天文学尺度上体积都很大。就像前文提到的，大型黑洞要比小型黑洞温顺得多。从本质上讲，引力源越致密，引力加速度就越大，相比于大型黑洞，小型黑洞更为致密，因此，较小黑洞的引力能更加集中，事件视界附近的引力加速度也就相应更强。更大的引力加速度反映了小型黑洞周围的强引力，以及随之而来的高能量子现象。构成霍金辐射的量子过程因此在微小的事件视界中更加明显。黑洞越大，霍金辐射就越微弱。黑洞越小，霍金辐射就越猛烈。
    黑洞蒸发效应使得迷你黑洞更加温顺，却也更加危险。假设你在空间实验室里发明并成功建造出了一间迷你黑洞工厂。在极短时间内蒸发之前，微小的黑洞将不会有任何机会吞噬你自身抑或是你的太空飞船，但由于小型黑洞在生命尽头会猛烈地蒸发，你相当于是在空间实验室中燃放致命的烟花爆竹，并为你自己造成迫在眉睫的危险。比起鞭炮，说这些黑洞是微型炸药可能更为妥当。一旦爆炸，它便能够产生四分之一吨TNT的致命能量，甚至还会释放出有害的X射线与伽马射线。

2022-09-05 22:53:21 回应

    假设爱丽丝（或其后代）从黑洞外的空间站中观察到了矛盾的情景。她一丝不苟地收集霍金辐射，并对信息进行解码，从而得出结论：黑洞发射出了你的量子比特。如果她认为你从未落入黑洞，那么此情此景将不会对她造成任何困扰。对爱丽丝而言，事件视界不仅拖慢了你的时间流速，还在空间中把你抹平了。事件视界如同一个放大镜，夸大显现了你的量子成分，并将你悬浮于视界边缘，直到信息比特随着霍金辐射一起向外逃逸。
    在上面的复述中，我们面临的挑战是如何权衡两种难以调和的论调。“落入黑洞的信息永远无法逃逸”与“信息的确能够逃逸”，哪一个才是正确的？解决如此棘手的问题或许需要更加大胆的想法：两者都对。这便是我们的推测一
    同时发生。就好像你，或者至少是你的信息，拥有了一个替身。你和你的量子比特掉进了黑洞，而与此同时，你们的替身也逃脱了黑洞的束缚。你和爱丽丝无法在你生死存亡的基本问题上达成一致，而你的双重存在更是加剧了你们二人之间的分歧。然而，上述假设的创造者却安慰说，没有人会知道，没有人能够同时观察到两个相互矛盾的事件。你和爱丽丝再也不能相聚，诉说你们的悲伤故事了。爱丽丝将独自在黑洞外找寻你的量子比特，就像收集遗体火化后的骨灰，即便她跟随你跃入黑洞，独自在黑洞内部迎接死亡，她也无法观察到你的第二个存在，因为你的替身早就被奇点从空间中抹除了。
全息原理
    对我们这些生活在黑洞之外的人来说，我们对这个世界的观察，包括对黑洞及其释放的辐射的观察，都与视界边缘量子薄膜上积累的信息完全一致。我们曾假设信息存在于黑洞内部，但实际上，黑洞将信息编码在了自身的边界上。
    或许你会认为球体要比其边界能够囊括更多的信息。事实上，这个想法是错误的。球体体积无法容纳那么多的信息，我们从数学计算中可以得知，黑洞的信息量随着视界表面积的增加而增加，与视界内的体积无关。你永远不可能往黑洞里塞进比黑洞边界（也就是事件视界）所能存储的更多信息。
    上述推理的必然结论便是，黑洞是幅全息图，也就是使用二维编码来投射出的三维影像。
全息原理的出现似乎顺理成章，意义深远，却又违反了我们的直觉，令人不安。尽管数学上已经接近精确证明，但全息原理仍然仅仅是一项猜想。
    我们发现两个截然相反的世界间存在着对等关系。想象一个拥有引力，因而也拥有黑洞的世界。生活于该宇宙中的居民正为黑洞信息悖论深感困惑。这样的世界相当于一个盒子的内部，盒子的边界则存在另一个完全不同的世界。后者是个没有引力，纯粹由量子物质构成的微观世界，因此不存在黑洞，也就没有信息的丢失。
    现在我们明白了，盒子里的世界与盒子边缘的世界实则对应着完全相同的现实。巧妙的数学词典将盒子里有引力的世界忠实地翻译成了边界上没有引力的世界。（这在专业术语中叫作反德西特时空/供形场论之间的对偶性。）盒子内世界包含的所有信息都被一五一十地编码在盒子边界的世界中。同一个现实，同一个世界，却可以用两种方式来描述。
两种不同现实之间的二象性（一个世界，两种描述）一两个世界占据的时空维度数量甚至都不同给出了全息原理的第一个数学上令人信服的表述。盒子内所有的事件都只不过是边界世界的全息投影罢了。
    你坚信自己是一个生活在三维空间的宇航员，并受引力的影响落入了黑洞。但还有一个同样有效、同样正确的解释。你或许只是一幅栩栩如生的全息图，一个二维现实的投影，一个想象力丰富、夸夸其谈的故事讲述者。
    边界世界中的物质只受量子理论的支配，而因其构建的基本原则，信息得以保留。边界内的世界只是反方向的翻译结果，所以也必须保证信息的守恒。因此，如果信息无法在同一宇宙的一种现实中丢失，那么也就不可能在另一种现实中丢失。如此看来，量子力学似乎在这场世纪之争中占了上风。信息必须守恒，而引力理论的坚固堡垒已被攻破，尽管如此，信息从黑洞外流的具体机制仍然是个谜。
    我们不应该低估人们对双重现实的热衷。前文的结论惊世骇俗，颇具煽动性，且影响深远，即便霍金自己也无法否认，该论点极具说服力。尽管有人指责他“投降”太早，但霍金还是承认了失败，暂时地偃甲息兵。现在回想起来，双方的“敌意”仅仅是表面上得到了缓和而已。
    信息守恒定律无法动摇，全息原理和二象性的论述势不可挡，剩下的就是些收尾工作了。然而，当核心矛盾再次被挑起时，参战双方设立的和平条约便开始瓦解了。

2022-09-05 23:34:19 回应

如果我们放弃先前的观点，即霍金粒子对处于纠缠态，也就是说，如果霍金粒子对并非相互纠缠的话，那么它们一定不是来自真空，而是来自杂乱无序的混沌。虚空的替代品便是充实。如果事件视界并非虚空，便有可能在四周建立起一堵炽热的物质墙，也许黑洞周围并不是什么都没有，而是一道白炽的事件视界，一堵炙热的火焰之墙。
    如果确实存在这样一堵火墙，那便没人能够混进黑洞内部，因为黑洞的内部世界根本就不存在。黑洞将终结于事件视界周围的火墙，任何企图翻墙入洞的侵入者都将毫无疑问地引火烧身，玉石俱焚。
    黑洞即虚空。我用了将近半本书来说服你，我曾向你发誓，根据相对论，当你跌向事件视界时，不会经历任何戏剧性的事件，正如等效原理这一术语所定义的那样。如果你坐在静止的宇宙飞船中穿越了事件视界，你的体验将与乘坐电梯下降别无二致。你会感到失重，而你在事件视界上做的任何实验都与你在真空中自由下落时所做的实验完全相同。当你穿过事件视界时，不会觉察到任何异样。
    假如事件视界上的确有戏剧上演，而你被活活烧死在火墙中，那么相对论和深受爱戴的等效原理便在黑洞上失去了威力。与此同时，量子力学在视界附近似乎也不再可靠。更恐怖的是，谁知道引力与量子理论在其他天体、其他问题上是否可信呢？物理学界正面临着一个不容忽视的真正困境。
    事实上，人们一点也不喜欢这堵火墙，理论物理学家们正使尽浑身解数，尝试将火墙驱逐出真实世界。黑洞火墙很有可能压根就不存在，然而，有关火墙的思想实验的的确确帮助人类发现了一个亟待解决的难题。火墙存在挑战了现有的物理学理论，其主要意义在于揭示了黑洞难题的关键细节，而这些细节可能促使我们对现实的量子本质的理解取得重大突破。黑洞为我们提供了探寻真相的线索，如果我们遵循这些线索，便有望摸索出不同凡响的全新领域。行文至此，想必你我都已在黑洞事件视界边缘陷入了沉思。
曾有人提出过一个绝妙的想法，不仅能够在没有火墙的情况下恢复一夫一妻制，还可以满足解决黑洞信息悖论的所有要求，因而值得在此大书特书：宇宙中或许存在虫洞结构，连接了我们称为“山姆”的落入黑洞的霍金辐射，以及我们称为“帕姆”的已经逃逸的霍金辐射，而山姆与帕姆实际上是同一实体。因此，露西就可以顺理成章地同时与山姆和帕姆纠缠在一起，并保持真正的一夫一妻制。在虫洞的帮助下，露西实际上只与同时存在于虫洞两边的唯一伴侣纠缠。这样一来，即便不借助火墙，信息也可以从黑洞中逃逸了。
    更进一步，黑洞甚至可能只是一个空壳，没有独属的内部空间。黑洞的内部世界只存在于连接虫洞与外部纠缠的量子位之间的隧道中。当你落入黑洞时，虫洞的存在会确保你同时也存在于黑洞之外。你的信息落入了黑洞，但同时也成功逃逸了。死亡是你无法避免的，但你的信息可以在黑洞之外继续存活。你的身体、思想和记忆构成了你独一无二的存在，而随着你自身量子位的延续，重建你的物理可能性也会存活下来。销毁你的信息只是个幌子，你的死亡其实是可逆的。
    从上述假设中我们得到了一个有趣的推断，即视界本身便是维持纠缠状态的虫洞的产物。一张交织于黑洞内部和外部之间的虫洞网络可以创造出事件视界，似乎边界只是从错综复杂的一团乱麻中浮现一样，就好比精美的刺绣，其工整娟秀的图案在经过索垢寻疵后终究会露出眼的线脚。宇宙中或许并不存在孤立的事件视界，因此也就没有遗世独立的黑洞，仿佛黑洞本身是一种错觉，在仔细审查之下便会一触即溃。

2022-09-05 23:58:07 回应