掉进黑洞会怎么样样

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可怕的科学上的结果似乎认为,穿越黑洞就会导致穿越时空,到达另一个平行宇宙。但事实上,掉进一个大质量黑洞后,如果他是头朝相对的上面被吸入黑洞,人体头部(或远离黑洞的一端)承受的引力比人体下部(靠近黑洞的一端)小,黑洞的逃离速度超过光速,速度等量换成引力,因此,这个小的值会达到一个非常恐怖的值,轻而易举就可以将人体撕扯成一堆粒子流,最后飞入黑洞。来自
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被拉伸的很长很长~然后会在1秒内看到宇宙在几百亿年内的变化~
按照广义相对论,会被拉成一根很细很长的条条,然后被撕碎成基本粒子。关于在视界消失后会不会看到几亿年的变化还有待考证,公正的说。按照热力学第二定律,你会撞上“火墙” 然后被粉碎成粒子。强烈建议不要随便跳进黑洞。这不好玩。
骚年别着急,虫洞喉会很快崩塌,然后会发生生命还不得而知,但肯定不好玩,因为你回不来了,事实上你好像哪里也去不了。还是老老实实的在地球上待着吧。
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引用 的话:按照广义相对论,会被拉成一根很细很长的条条,然后被撕碎成基本粒子。关于在视界消失后会不会看到几亿年的变化还有待考证,公正的说。 按照热力学第二定律,你会撞上“火墙” 然后被粉碎成粒子。 强烈建议不要随...之后还可能喷到其他宇宙去~
引用 的话:之后还可能喷到其他宇宙去~前提是你得过得了虫洞。
引用 的话:还有可能变成亚原子汤~一句话,这不好玩,而且Do NOT try this at home。
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掉进黑洞会怎样?
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【按照广义相对论,不幸掉入黑洞的宇航员在穿过一去不复返的视界时,应该不会感觉到任何特殊才对。量子力学却要求,黑洞视界之内存在一道火墙,会将宇航员瞬间焚成灰烬。图片来源:《自然》】
(文/Anil Ananthaswamy)“在物理学中,悖论是个好东西,”约翰·普瑞斯基尔(John Preskill)说,“它们会向你指明通往重要发现的道路。”在量子力学和爱因斯坦的相对论中有许多这样的悖论。有只猫,它可以在同一时间即是死的又是活的。或者类似《回到未来》电影中的时间旅行者,他可以杀死自己的祖父,使自己无法降生。又或者,双胞胎中的一个接近光速往返一颗邻近恒星,团聚后他们会对彼此的年龄产生异议。每一个令人费解的窘境都迫使我们去审视细节,从而促进我们理解它背后的理论。爱因斯坦就是一个典型的例子,他的相对论就源自于解决他的时间悖论而作出的努力。
现在普瑞斯基尔,这位美国加州理工学院的理论物理学家,正在绞尽脑汁苦苦思索浮出水面的最新一则悖论。它被昵称为“黑洞火墙悖论”,事关有人掉入黑洞时到底会发生些什么。
距离我们最近的黑洞也在1000光年之外,因此这个问题纯粹是个理论问题。然而,正是通过研究这样一种可能性,物理学家希望能够取得突破,尝试将广义相对论和量子力学统一成量子引力理论——这也是现代物理学中最棘手的问题之一。
黑洞长久以来一直是滋生悖论的肥沃温床。早在1974年,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和以色列希伯来大学的雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)就证明,黑洞并不是全黑的。相反,它们会辐射出能量,被称为霍金辐射,由光子和其他量子粒子构成——这个过程极其缓慢,但最终会导致黑洞完全蒸发。
霍金发现,这个理论存在一个问题。这种辐射看上去相当随机,因此霍金推测它不可能携带任何与掉入黑洞的物质有关的信息。因此,随着这个黑洞蒸发殆尽,它拥有的信息最终必定会消失。然而,这与量子物理的核心宗旨直接冲突,因为量子物理认为信息不可能被消灭。黑洞信息悖论就此诞生。
几十年来,物理学家一直在努力解决这个悖论。霍金曾认为是黑洞摧毁了信息,向量子力学提出了质疑。其他人并不赞同这一观点。毕竟,霍金的想法源自于他本人对融合广义相对论和量子力学所做的尝试——这一数学壮举本身的艰深迫使霍金必须要作一些近似才行。普瑞斯基尔甚至和霍金打赌,押黑洞不会摧毁信息。
有几个论据指出,霍金错了。最令人信服的一个论据,来自于这样一种思考——蒸发中的黑洞变得越来越小会发生什么?如果信息无法逃逸,也无法被摧毁,就会有越来越多的信息被储存在越来越小的体积之中。但是,如果是这样的话,量子理论预言,无论在哪里,只要物质之间发生碰撞,产生一个微型黑洞的概率就会从几乎为零提高到无穷大。“你应该会在大型强子对撞机里看到黑洞,也应该会在费米实验室里看到黑洞,还应该在上世纪30年代那些房间那么大的粒子加速器里看到黑洞,”美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论学家唐·马罗夫(Don Marolf)说,“甚至当你在草地上跳来跳去时,你也应该看到黑洞才对。”
显然,这些并没有发生。而另一种可能性,即物质和它携带的信息能够从黑洞中泄漏出来,则是不太可能的。任何落入黑洞的物质都必须要以超光速运动才能逃脱黑洞可怕的引力。
也许,答案就藏在霍金辐射之中。它或许并没有那么随机。“常见的一个反应是,霍金只不过是大意了,”同在加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)说,“信息并没有丢失,只是霍金没有一直追踪它们到底。”
然而,试图解决这一悖论的所有早期尝试,都被证明是不成功的。波尔钦斯基说:“霍金发现了一个真正深刻的问题。”
霍金后来在2004年改变了主意,部分原因在于阿根廷物理学家胡安·马尔达萨纳(Juan Maldacena)所作的研究(参见“”)。他承认,黑洞最终没有摧毁信息。他向普瑞斯基尔兑现了赌注,送给他一本棒球百科全书。普瑞斯基尔曾将棒球比喻成一个黑洞,因为它们都很重,而且从中获取信息都要颇费一番功夫。
物理学家的注意力很快就转移到了信息如何逃离黑洞上来。这个问题并不容易回答。正是在探究这些问题的过程中,新的黑洞火墙悖论成了人们关注的焦点。
如果信息真从黑洞中逃逸出去,会发生什么事情?一些物理学家对此已经猜测了很久,但即便是对他们而言,火墙也仍是一个引人注目的新名词。要理解它的含义,我们需要简单描述一下霍金辐射。空无一物的时空会不断地形成虚粒子对,从虚无中突然冒出来,又同样迅速地消失。这种情况在黑洞的事件视界附近会发生变化,因为对于掉入黑洞的任何东西而言,事件视界是一去不归的界线。偶尔,虚粒子对中有一个被吸入黑洞,另一个则逃逸出去。正是这些逃离黑洞的罕见粒子,构成了霍金辐射。
【真空中不断形成的虚粒子对又会在瞬间湮灭,但在黑洞的事件视界附近,情况会有所不同。成对形成的虚粒子中的一个落入黑洞,剩下的另一个则逃逸出去,形成了霍金辐射。图片来源:】
现在,如果霍金辐射带走了量子信息,就会产生一个问题。霍金最伟大的洞见就是,他证明了量子理论、广义相对论和热力学如何与黑洞全都联系在一起。这意味着,虚粒子对中落入事件视界内侧的那一个粒子能量会变得极高,足以把信息传送给黑洞外部的同伴粒子,由此它们便形成了一道火墙,炽热得足以烧毁任何落入黑洞的人或物。
这与广义相对论告诉我们的黑洞特性严重相左。事实上,这样的火墙看上去是如此荒谬,以至于物理学家已经着手寻找其他方式,让黑洞无须“违规”即可向外传递信息。
美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的史蒂夫·吉丁斯(Steve Giddings)已经提出了一种可能性。他在美国俄亥俄州立大学萨米尔·马瑟(Samir Mathur)所作研究的基础上,提出了一个简单的黑洞模型。他的研究表明,如果量子理论在事件视界附近失效,黑洞内部的信息就有可能传送到遥远的外部区域,从而避免形成火墙。
问题在于,为了让这个模型能够奏效,吉丁斯不得不背弃“信息传播不能快过光速”这一禁忌。另一个问题是,他无法确切指出,量子理论应该在时空中的什么位置失效。尽管如此,这仍是一个诱人的想法。
于是,波尔钦斯基和他的学生——艾哈迈德·阿勒姆赫伊利(Ahmed Almheiri)和詹姆斯·萨利(James Sully)也投身到了其中。他们当时以为,把吉丁斯的模型和美国斯坦福大学伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)所作的早期研究结合起来,他们就能破解这一难题。
这意味着,他们要改造这一黑洞模型,让它能够与萨斯坎德提出的3个假设保持一致——这些假设被许多物理学家所珍视。其中一个假设自然是,信息不会随着黑洞的蒸发而丢失。其他假设则与一些思维实验有关,涉及到两位正在靠近黑洞的观测者,一个名叫爱丽丝,另一个叫鲍勃。勇敢的爱丽丝越过了黑洞的事件视界,谨慎的鲍勃则呆在外面。
根据第2个假设,呆在黑洞外面的鲍勃不会看到任何不寻常的东西。第3个假设则是,爱丽丝在穿过事件视界时也不会看到任何怪异的事情。这是因为事件视界并非一个物理边界,它只是轻微弯曲的普通时空中一块普通的真空区域罢了。
波尔钦斯基及其同事调和全部3个假设的尝试没有成功——如果信息不丢失,火墙就仍然会存在,爱丽丝则会被烧成灰烬。但失败并没有让他们气馁。波尔钦斯基说:“你先尝试去做某件事情,如果失败了,那还可以试着去证明,这件事不可能成功。”
他们的同事马罗夫也加入进来,展开了这项新的尝试。2012年7月,他们发表了一篇论文,证明这3个假设无法同时成立(参见arxiv.org/abs/)。这引发了一场争论风暴:已经有40多篇论文在讨论这项研究,其中一篇认为他们的答案忽略了引力。
相对论惨败
如果霍金辐射确实把量子信息带出了黑洞,就像许多人认为的那样,那么量子力学对此就有话要说。比如说,在黑洞形成之初通过霍金辐射逃离黑洞的粒子A,量子理论预言,它会跟不知道多久之后逃出来的另一个霍金辐射粒子存在某种鬼魅般的关联,也就是量子纠缠。
现在,想象一个粒子B,它产生的时间要远远晚于A。粒子B是黑洞视界上形成的粒子对中的一个,另一个粒子C已经落入了黑洞。假设视界处的时空没有什么特殊,只具有轻微的引力和较小的曲率,这就使得视界处形成的虚粒子彼此会纠缠在一起。因此,B必定与C纠缠。但是,由于早期的霍金辐射必定与后来的霍金辐射相纠缠,因此B与A也相互纠缠。
可惜,这违背了量子力学中另一条被物理学家珍视的原则,被称为量子纠缠的专一性。简单来说,粒子B可以与A纠缠,也可以与C纠缠,但不能跟两者同时纠缠。
于是,这个难题兜了一圈又回到了原点。如果我们想把信息弄出黑洞,A就必须与B纠缠。如果我们要让事件视界处的时空没什么特殊,可以让爱丽丝掉入黑洞而不被烧成灰烬,那么B就必定与C纠缠。必须得放弃一些东西才行。那么,该被放弃的,会是量子力学,还是广义相对论?
先看量子力学和它预言的信息守恒。它们会是错的吗?波尔钦斯基认为这不可能,因为马尔达萨纳的研究工作是最强有力的数学论证之一,支持量子力学保持原样不变。更重要的是,量子力学是一个已经经受过极其严格检验的理论,即便是细微的改变也会使它偏离实验结果。
另一个选择是,质疑黑洞视界处真空的状态。如果视界两侧的粒子B和C不再纠缠,量子纠缠的专一性就不会遭到破坏。但是,破坏这种纠缠会让黑洞的事件视界处于某种动荡不定的热力学状态,重新造成了一道火墙。于是,爱丽丝非但不会毫无征兆地飘过视界,反而会被高达1032开尔文的高温瞬间焚成灰烬。
这让马罗夫感到沮丧。广义相对论认为,穿越黑洞的事件视界应该没有什么大不了才对。“火墙会严重违背广义相对论,”他说,“在广义相对论和量子力学的这场斗争中,广义相对论输得很惨。对此我感觉相当不爽,因为我觉得自己是一个受过正规训练的相对论主义者。”
【在黑洞火墙悖论这个问题上,爱因斯坦的广义相对论似乎又一次遭遇惨败。在这个问题的前身——黑洞是否会摧毁信息上,霍金也赌输了一本棒球百科全书。图片来源:】
对这一点感到不爽的,不止马罗夫一人。“你正在非常平滑的时空中相当自在地向前滑行,然后突然之间,砰的一声!你撞上了这道火墙,被烧成了灰烬,”普瑞斯基尔说,“这实在太疯狂了。”
尽管如此,如果黑洞能把信息传递给霍金辐射,火墙仍然是最好的解释。萨斯坎德对火墙仍有怀疑,但他认为,火墙可能代表着奇点向视界的迁移,而在传统的黑洞物理学中,奇点位于黑洞的中心。
即使火墙真的会形成,对于它们会在何时形成,萨斯坎德也有不同的意见。对于一个半径与质子相当的黑洞,波尔钦斯基、马罗夫及其同事认为,火墙会在黑洞形成后的10-20秒形成,而在萨斯坎德看来,形成火墙所需的时间将像宇宙的年龄一样漫长。
无论火墙何时形成,只要它们出现,我们所知的时空就会在视界处终结。马罗夫说:“如果整个黑洞视界变成了这样一道火墙,截断了黑洞的内部,那么黑洞的内部或许就根本不存在了。”
如果黑洞附近的时空具有某些特殊性,导致信息能够超光速传播,那么这个悖论也可以得到解决。或许吉丁斯和马图尔会意识到它的重要性,尽管对于相对论而言,这会是又一个打击。
故事的结局是,在霍金提出黑洞信息悖论近40年之后,问题依然挥之不去。它迫使物理学家更深入地审视起他们的理论。然而,就像波尔钦斯基所说,“我跟20年前一样困惑”。
普瑞斯基尔说,这不是一件坏事。“总会有第4种可能性:以上答案都不对,而是某种我们还没有想到的东西。无论它撼动下来的是什么,结果都是有趣的,”他说,“所有选项都够疯狂,这正是这一局面如此美妙之处。”
霍金变了心
正是弦论学家胡安·马尔达萨纳取得的突破,最终导致史蒂芬·霍金改变了他在黑洞和信息方面的主张。1997年,马尔达萨纳用弦论的数学证明,描述黑洞内部的引力理论等价于描述黑洞表面的量子理论。这听起来很深奥,但马尔达萨纳的研究是非凡的。尽管我们还不知道哪种引力理论能够从整体上描述黑洞,我们却知道如何在黑洞表面运用量子理论。这意味着,量子力学在黑洞表面仍然有效,而且随着黑洞蒸发,信息并不会丢失。需要说明的是,马尔达萨纳研究的时空,在类型上不同于我们宇宙中的时空,但他的结果极具说服力,使得物理学家不愿意再纠结于此。
本文由Shea编译自《新科学家》,Black hole firewall: Trouble on the edge,首发于果壳网()“”主题站《》
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(C) &&Designed By &&&基于&&&&掉进黑洞的宇航员会被扯成碎片还是被烧焦?这一问题从2012年夏天起就成了理论物理学界的争论焦点,围绕相关主题发表的文章超过了40篇,至今没有结论。因为它把物理学的两大支柱——广义相对论的等效原理和量子力学直接摆在了对立面。
&&&&如果一个宇航员掉进了黑洞
&&&&2012年3月,美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所的弦理论学家约瑟夫·普金斯基开始思考“自杀”的问题——以数学形式进行的思想实验:如果一个宇航员掉进黑洞会发生什么情况?很显然他会死,但究竟怎么个死法呢?
&&&&按照当时公认的理论,最初他不会感到有任何特别,即使在他落到黑洞的事件视界时。事件视界是一个看不见的界限,在界限以内没有任何东西能逃离黑洞的吸引。但最终,几小时、几天或几个星期后,如果黑洞足够大,他会开始觉察到拉着他脚的重力比拉着他头的重力更强大,这种吸引力拖着他无情地向下落,重力差会迅速加大而将他撕裂,最终他的遗体会被扯得粉碎而落入黑洞那无限致密核心。
&&&&普金斯基和他的两个学生艾哈迈德·艾姆哈里、詹姆斯·萨利,加上该校的另一位弦理论学家唐纳德·马洛夫一起,对这一事件进行了重新计算。根据他们的计算,却呈现出完全不同的另一番场景:量子效应会把事件视界变成沸腾的粒子大漩涡,任何东西掉进去都会撞到一面火焰墙上而被瞬间烤焦。
&&&&研究小组在去年7月发表了他们的计算结果,震动了整个物理学界:因为这面火墙违反了基本的物理学法则——等效性原理。等效原理即引力质量和惯性质量等效,在任何一个时空点上都可以选取适当的参考系,使物质的运动方程中不再含有引力项,即引力可以局部地消除。按照这一原理,宇航员掉进万有引力场——即便是像黑洞那么强大的引力场时,他所看到的实际景象和飘在太空的观察者所看到的是一样的。等效原理最早在一个世纪前由阿尔伯特·爱因斯坦清晰地提出,并作为他《广义相对论》的基础。如果等效原理不成立,爱因斯坦的理论框架也将瓦解。
&&&&普金斯基等四人也深知这一推论可能导致的后果,所以还提出了另一种备选结局:没有形成火墙。但这种解释的代价同样巨大,他们不得不牺牲量子力学,这是描述亚原子粒子之间相互作用的理论法则,也是物理学的另一根支柱。
&&&&这一结果激起了一股研究火墙热潮,物理学家们纷纷抛出各种方案试图打破僵局,但还没有一篇论文能解释得让所有人都满意。面对这种状况,圣芭芭拉分校的量子物理学家斯蒂芬·吉丁斯说这是“一场物理学基础的危机,需要一次革命才能解决问题。”
&&&&上个月,物理学界研究黑洞的专家们齐聚在瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所(CERN)召开会议,面对面地讨论了这一问题,希望能打开一条通向“量子引力”统一理论的新途径,将自然界所有的基本力囊括其中——或许这将成为物理学家们几十年来未曾有过的荣耀。
&&&&火墙的想法“动摇了大部分人所相信的黑洞理论的基础”,加利福尼亚大学伯克利分校弦理论学家拉斐尔·布索在会议上说,“从根本上说,它把量子力学放在了广义相对论的敌对面,却没给我们留下任何线索:下一步该朝哪个方向走?”
&&&&普利什基尔与霍金的“赌局”
&&&&说到“火墙危机”的根源,还要追溯到1974年。当时英国剑桥大学的物理学家斯蒂芬·霍金证明,量子效应会使黑洞在达到一定温度后变得孤立,然后黑洞会缓慢地发出热辐射—光子及其他粒子—质量逐渐减少,直到完全蒸发掉。
&&&&但这些粒子并不是火墙,落入事件视界的宇航员不会注意到这种辐射,这是它与相对论所描述场景之间的细微差别。但霍金的结果依然令人震惊,因为按照广义相对论方程的描述,黑洞只会吞噬质量而增长,并不会蒸发。
&&&&基本上,霍金的争论进入到了对量子领域的观察,“空”间并非是真空,在亚微观的尺度上,它处于一种持续不断的动荡涨落状态:成对的粒子和反粒子不断出现又迅速湮灭。只有在非常精微的实验中,才能观察到这种亚显微程度的混乱。霍金意识到,当一对粒子—反粒子出现在黑洞的事件视界时,其中一个会落入黑洞,使它们不能再结合湮灭,幸存的那个粒子会以辐射形式向外发出,为平衡向外发出粒子的正能量,被吸入的粒子会以负能量进入——这是量子法则所允许的,负能量将从黑洞的质量里扣除,从而使黑洞缩小。
&&&&霍金的原始分析已经过提炼并由许多研究人员加以扩展,其结论现在已被广为接受。但这也带来了令人不安的现实,黑洞辐射对量子力学理论提出了质疑。
&&&&量子力学认为信息不会消灭。从理论上说,通过检测从黑洞发出辐射的量子态,就可能获得掉进去的那个粒子的一切信息。但霍金指出事情没那么简单:发出辐射是随机的。掷一公斤的石头或一公斤计算机芯片结果都一样,看着黑洞直到它死亡,也没办法知道它是怎么形成的或有什么东西落到了上面。
&&&&这称为黑洞信息悖论。对这一问题,物理学家们分成两个阵营:一派以霍金为代表,认为在黑洞死亡时信息真的会消失,如果这与量子法则相矛盾,则需另建更好的量子理论。另一派以加利福尼亚理工学院的量子物理学家约翰·普利什基尔为代表,则坚持站在量子力学这一方。“有一段时间,我很认真地试图重新构建一个包含信息损失的替代理论。”&普利什基尔说,“但我找不到任何有意义的东西,没人能找到。”
&&&&这一僵局持续了二十年,直到1997年才有答案,这个答案现已众所周知——当时普利什基尔与霍金公开打赌而获胜,他认为信息不会丢失,因此从霍金那里赢了一本棒球百科全书。但在当年,打破这一僵局全靠哈佛大学物理学家胡安·马尔达西那的发现。
&&&&马尔达西那的发现建立在一个更早期观点上,即宇宙中的任何三维区域都可以用二维边界上的信息编码描述出来,这和激光以二维全息图的方式给三维景象编码非常类似。斯坦福大学弦理论学家,也是全息理论创世人之一的莱昂纳多·萨斯坎德说:“我们用‘全息’这个词作为一种隐喻。但经过更多数学推衍后,它似乎拥有了更实际的意义:宇宙是信息在边界上的投影。”
&&&&马尔达西那提出的是一个关于全息理论的具体的数学方程,同时借鉴了超弦理论的观点,假设基本粒子是由极微小的能量环振动而形成。他的模型描述了一个只受万有引力统治的、包含了弦和黑洞的三维宇宙,经由一个二维面反射,其中的元素粒子和场域遵循普遍量子法则而无需万有引力。住在此三维空间的居民永远也看不到这个界面,因为它在无限遥远的地方。但这并不重要:三维宇宙中发生的任何事都可以用二维宇宙中的方程同样完好地表达出来,反过来也一样。“我发现了一个数学词典,能让你在这两个世界的‘语言’之间来回转变。”&马尔达西那解释说。
&&&&这意味着,即使是一个三维黑洞的蒸发,也能用二维世界的语言来描述,在这里没有万有引力,只以量子法则为最高准则,这里的信息也永远不会丢失。如果这里的信息能被保存,那也已订购能被保存于三维世界中。但出于某种原因,信息却在从黑洞中逸失。
&&&&那堵让人颠三倒四的“火墙”
&&&&几年后,马洛夫证明了任何量子-引力模型都要遵守相同法则,不管它是不是从弦理论构建的。“这一结合了马尔达西那和马洛夫的研究,让我有了转变。”马里兰大学量子物理学家泰德·雅各布说,他长期以来一直坚持信息损失论。2004年,霍金公开承认了他的错误,输给普利什基尔一本厚厚的棒球百科全书,结束了物理学界这场著名的赌约。
&&&&这就是马尔达西那发现的意义:让大部分物理学家认为悖论已经解开,虽然还没人能解释霍金辐射怎样从黑洞中走漏了信息的。“我猜测,我们只是都在假设会有一个明确的答案。”普金斯基说。
&&&&但事实并非如此。2012年初,当普金斯基和研究小组着手去厘清这模糊的一端时,他们很快碰到了另一个矛盾,这个矛盾让他们导出了致命的火墙。
&&&&霍金曾指出,从黑洞中逃逸的任何粒子的量子态都是随机的,所以粒子不可能携带任何有用的信息。但到了上世纪90年代中期,萨斯坎德和其他一些物理学家意识到,如果粒子各自的状态有某种程度的“纠缠”的话,即对其中一个进行测量将立即影响另一个而不管它们之间相隔多远,那么辐射量子态中的信息就能以一个整体的形式被编码。
&&&&但实际情况又是怎样的呢?对一个将被发射出去的粒子而言,与其纠缠的“另一半”将牺牲在黑洞里。如果萨斯坎德他们是对的,它还得跟所有在它之前发出的霍金辐射相纠缠。然而在量子力学中有一个严格的事实叫做“纠缠一对一”,即一个量子系统不可能同时与两个独立系统完全纠缠。
&&&&为了躲开这一悖论,普金斯基与论文合著者们意识到,其中之一的纠缠关系变得难以为继,为了给霍金辐射编码,不得不放弃。他们决定剪掉逃逸的霍金粒子与其落难“伴侣”之间的联系,但这是有代价的。“这是一个狂暴的过程,就像打破分子键一样要释放出能量。”普金斯基说,这些能量是由于切断大量粒子对之间关联而产生的,因此十分巨大。“事件视界将变成一个大火圈,烧掉任何掉进去的东西。”但是反过来,又违反了等效原则以及它所认定的自由落体所感到的情景应该和飘在太空一样,如果是这样,则物体不可能以烧毁而告终。所以,他们先在arXiv网站发表了一篇论文,坦白地给物理学家们提出了一个两难选择:要么接受火墙的存在,这将打破相对论;要么接受黑洞信息会丢失,量子力学是错的。马洛夫说:“对我们来说,在这两难之选中选择火墙只是不那么疯狂而已。”
&&&&这篇论文震惊了整个物理学界。雅各布森说:“把放弃爱因斯坦的等效性原则作为最佳选择,这简直是难以容忍的。”布索也同意,还补充说:“火墙凭空出现在太空中,这可能性并不比一堵砖墙凭空出现撞到人们脸上的可能性更大。”如果爱因斯坦的理论在事件视界不适用,宇宙学家们就不得不怀疑,它在其他地方能不能完全适用。
&&&&普金斯基也承认,他们有可能犯下愚蠢的错误,所以他找到了全息理论奠基人之一的萨斯坎德,请他帮忙寻找疏漏的地方。“我的第一反应是他们弄错了,”萨斯坎德说,他还发表了一篇论文作为反驳,但经过深入思考后他很快又收回了这些言论。“我的第二反应是他们是对的,第三反应是他们还是错的,第四反应是他们又对了。”他笑着说,“这让我得了一个诨名叫‘悠悠’(the&yo-yo),但大部分物理学家的反应跟我也差不多。”
&&&&从那以后,在arXiv上讨论这个主题的文章超过了40篇,但迄今为止,还没人能在逻辑上找出他们有任何缺陷。“这真是一场美好的争论,这表明我们在对黑洞的理解上存在某种不一致的地方,”唐·佩吉说,他是霍金在上世纪70年代期间的合作伙伴,现在加拿大埃德蒙顿的艾伯塔大学,也是为解决这两难之选而提出创造性方案的成员之一。
&&&&“火墙”依然存在大家仍需努力
&&&&据萨斯坎德说,大家最看好的一个方案是由美国普林斯顿大学量子物理学家丹尼尔·哈洛和加拿大麦吉尔大学计算机科学家帕得里克·海登共同提出的。他们的考虑是,如果那个宇航员真去测量的话,他能不能觉察到矛盾的存在。为了做到这一点,宇航员要首先对大部分向外发射的霍金辐射进行分析,然后再跳入黑洞检测落入其中的粒子。两人的计算显示,要对辐射加以分析是极其困难的,以至于在他分析完再跳进去之前黑洞就已经蒸发殆尽。“并没有基本法则来阻止宇航员不能测量矛盾,”哈洛说,“但实际上,这是不可能的。”
&&&&而吉丁斯认为,火墙悖论需要一个根本性的解决方案。根据他的计算,如果是逃逸粒子离开事件视界一小段距离以后,外发的霍金辐射和落入黑洞的粒子之间的纠缠才被打破,那释放出的能量就会大大减少,并不会产生火焰墙。虽然这保护了等效原则,但却要修改部分量子法则。在欧洲粒子物理研究所的会议上,与会者都对吉丁斯的模型实验大感兴趣:该模型预测,当两个黑洞合并时,它们可能会在时空中形成特殊的波纹,而被地球上的引力波天文台探测到。
&&&&此外还有一个方案能挽救等效原则,但由于争议太大而很少人敢去冒这个险:黑洞会有信息损失,在多年前那次打赌中霍金是对的,但却不幸过早地认输。事到如今形势又反了过来,在去年底斯坦福大学召开的关于黑洞火墙的专题讨论会上,正是跟霍金打赌的普利什基尔抛出了这一反面方案。不过反响甚微。“令人惊讶的是,人们并没有认真地思考这一可能性,好像这跟火墙一样疯狂。”普利什基尔说,尽管他本人补充了这一点,但在直觉上他仍认为信息是无损的。
&&&&物理学家们不愿把霍金以前的赌约拿来旧事重提,这也是一个迹象,表面了人们对马尔达西那引力—量子理论词典的巨大尊敬,这似乎也证明了信息不会损失。“这是迄今为止对万有引力的最深刻理解,因为它联系到了量子领域。”普金斯基说,他比较了马尔达西那的结果和19世纪的单一理论发现,如与光、电、磁有关的理论。“如果火墙之争发生在上个世纪90年代初,我想可能会引发激烈的关于信息会不会损失的论辩,”布索说,“但是现在,没人想证明‘马尔达西那是错的’。”
&&&&这让马尔达西那感到很荣幸,大部分物理学家都支持他而毫不隐晦地反对爱因斯坦,他觉得这有点不可能。“为了完全理解火墙悖论,我们可能还得充实一下词典,但却不必把它扔掉了。”
&&&&迄今为止,唯一达成一致的是这一问题不会很快平息。普金斯基摆出了科学家们提出的所有想要“平息”火墙的方案,仔细考虑着他看到的其中的缺陷,最后得出结论说:“我很抱歉没人能推翻火墙,但是请继续努力。”}

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