【如果大象闖入黑洞】

江南布衣

【如果大象闖入黑洞】

 

作者: 顧正浩

　　

試想一頭大象闖入黑洞會怎麼樣?

 

也許這听起來像天方夜譚，然而美國加利福尼亞州斯坦福大學的物理學家薩斯坎德卻花了幾十年時間來“營救”它。

 

他的研究結果出人意料，大象竟然在黑洞的兩邊！
　　

20世紀70年代，牛津大學著名科學家斯蒂芬‧霍金從理論上提出黑洞不是真黑，而會慢慢蒸發，並過幾十億年消失，人們稱它為“霍金輻射”。

 

這種現象常發生在黑洞的邊緣。

 

但是霍金自問，如果黑洞最終消失，裡面的一切將會怎樣?

 

他推測所有物質會隨輻射漏回宇宙，速度比光還要快，以逃脫黑洞的“魔爪”。
　　

很多年來霍金堅信黑洞中的信息一定會在蒸發中被毀滅，並認為輻射是隨機的，不包含最初進入黑洞時的信息。

 

為此，1997年他和加利福尼亞州理工大學物理學家基普‧索恩及同校的約翰‧普雷斯基爾打賭，賭注是一本《棒球百科全書》。

 

這事沉寂多年後，直到2004年6月，霍金出人意料地宣稱，自己一直以來在走彎路，黑洞沒有摧毀信息。

 

因為《棒球百科全書》很難買到，所以霍金只好送給普雷斯基爾教授一本《板球百科全書》作為補償，一時成為科學界的佳話。
　　

是什麼使霍金改變想法的呢?

 

是美國新澤西州普林斯頓大學高級研究學院一名叫胡安‧馬多西納的青年科學家。

 

盡管當時他名不見經傳，但是在過去十年中，一些科學家認為他對理論物理學做出了杰出的貢獻。

 

他採用了超弦理論，很好地協調了量子理論和相對論。
　　

1997年，他發展了薩斯坎德和荷蘭烏得勒支大學的杰勒德‧胡夫特提出的超弦理論。

 

他認為，黑洞像其他東西一樣有一個邊界，它的蒸發和邊界上相互作用的量子相符合。

 

他說︰“邊界理論考慮到了量子力學的規則。

 

它讓所有的信息很明了。”

 

雖然這個結果令人吃驚，但是多數物理學家到目前為止認可這個想法。

 

薩斯坎德說︰“包括霍金在內的反對派不得不放棄，因為這個理論是如此精確。”
　　

要是信息沒有在黑洞裡丟失，那麼它又在哪里?

 

馬多西納說︰“霍金輻射不是隨機的，其中包含著進入黑洞物質的微妙信息。”

 

薩斯坎德認為這項研究是一大進步，可以用大象闖黑洞的思想實驗來描述。
　　

想象小女孩艾麗絲在一個安全的距離看黑洞，突然一頭大象愚蠢地向黑洞邊界走去。

 

她發現大象越靠近黑洞邊界速度越慢，這是廣義相對論在起作用。

 

大象在霍金輻射的烘烤下變成一堆灰，在艾麗絲看來，大象的信息就在灰燼中。
　　

故事還蠻曲折。當大象闖入黑洞時，艾麗絲沒有意識到她的朋友鮑勃正騎在象背上。

 

鮑勃也得感謝相對論，當他穿過黑洞邊界時甚至沒有覺察到。

 

在宇宙中，邊界不像一堵磚牆，而只是一個點。

 

隨後他自由降落，黑洞里和宇宙中的其他地方沒什麼分別。

 

最後重力一下子將鮑勃征服，把他連同大象撕得四分五裂，不過這時鮑勃卻看到了保存的信息。
　　

兩個故事都談不上美麗，但哪一個正確呢?

 

依艾麗絲看，大象在沒有通過邊界之前已經被霍金輻射吞沒；

 

按鮑勃來說，大象穿過了邊界，並且始終快樂地飄浮，直到變成“意大利式細面條”。

 

這兩個故事互相矛盾，那麼大象到底在哪里呢?
　　

答案你也許猜到了，薩斯坎德認為大象在黑洞的兩邊。

 

他說︰“量子力學總是用‘或者’替代‘和’。

 

光是波還是粒子，要根據你做的實驗來定。

 

黑洞的情況也一樣，我們有時用闖入的物質來描述，有時靠傳出的霍金輻射來說明。

 

所以一只大象同時在兩個地方︰活大象在黑洞中，而死大象在黑洞外。”

 

按照愛因斯坦的相對論，在一定條件下距離會伸縮，時間能快慢，但是物體的時空位置還是能被精確地劃定。

 

然而薩斯坎德覺得，所有最新的證據表明，一個物體在時空中的位置不再是確定的。

 

只要有邊界，只要是任何加速的東西——地球、太陽系和銀河系等，這個規律就會起作用。
　　

這一觀點無疑在物理界引起“大地震”，甚至動搖了愛因斯坦的相對論。

 

理論家史蒂夫‧吉丁斯說︰“我們被推進了一個自相矛盾的黑洞，我們能想象的有關黑洞的每一種結果與現代物理學的一些重要理論背道而馳。

 

探測黑洞的信息可能導致一場革命，意義和量子力學的出現一樣深遠。

 

通過破譯黑洞的信息，人類可能會發現宇宙的另一邊是怎樣的。”
　　

馬薩諸塞州技術學院的塞思‧勞埃德認為，這個理論有助人們從黑洞中獲取信息。

 

當下落的“霍金粒子”與黑洞內的物質相結合時，就會發送這個物質的信息給黑洞內的“同伴”。

 

如果這個計劃奏效，黑洞將令人信服地作為量子計算機來使用。