黑洞里的大象去哪了

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  一只大象不幸掉进了黑洞。更不幸的是,黑洞蒸发干净了,大象也不见了踪影。信息不是不灭的吗?那么大象所含的信息怎么会无缘无故地消失了呢?

黑洞里的大象失踪了


  黑洞的霸道让人战栗,不过它们毕竟距离地球很远,所以我们地球人还是很安全的。只是自从20世纪70年代以来,黑洞设下了一道难题,让科学家头痛了几十年。那个时候,英国著名天文学家斯蒂芬·霍金从理论上证明,黑洞其实也不是完全只吃不吐,它也会向外辐射能量,这就是所谓的黑洞蒸发。只是黑洞蒸发的速度惊人地慢,一个大一点儿的黑洞要许多亿年才能蒸发干净。



  问题来了,不论黑洞蒸发速度有多慢,它总会有蒸发干净的一天,最后一丁点儿东西都不剩。那么,假设曾经有一只大象不幸落入了黑洞之中,再也没能跑出来,在黑洞蒸发干净的时候,那这只大象所含的信息去哪里了?

我们看到的并不是时空


  科学家目前正致力于把广义相对论和量子理论统一在一起,形成一个能解释万物规律的“大统一理论”,一个能解释大象去哪里了的理论。
  加拿大物理学家斯莫林一直致力于大统一理论的研究,而且最近,他获得一些有趣的发现,比如他提出,时空可能根本不是我们过去所认为的那样,正是对时空的错误认识,让我们无法解释黑洞中的大象去了哪里。
  更令人深思的是,早在1938年,德国物理学家马克斯·玻恩发现,不论是用时空坐标系还是动量空间坐标系,量子理论的几个关键方程的表达都是一样的。于是玻恩猜想,人们能否通过这种联系,把描述宏观时空的广义相对论和描述微观粒子动量和能量的量子力学统一起来呢?

谁也别想知道大象去哪儿了


  在广义相对论中,宇宙各处的观察者都处于相同的四维时空中,他们观察某个星体的位置时,不会有什么地点上的歧异。可是在动量空间中,情况完全不同。
  假设在大象不幸落入黑洞的时候,我们看到了这悲惨的一幕。然后我们守候在黑洞旁边,经过许多亿年之后,黑洞蒸发干净了,此时我们观察不到大象了。那么,当我们回溯大象落入黑洞的那一刻时,根据动量空间的性质,那时大象所处的地点已经变得不确定了,因为作为观察者的我们,那时和此时是不一样的。所以,在黑洞蒸发完毕的时候,我们竟然无法判断,大象当年是否真的落入了黑洞之中,还是与黑洞失之交臂,幸运地逃脱了黑洞的魔爪。
  于是,所谓的黑洞信息丢失、大象失踪的谜团,就这样暂时解决了。简单地说,大象的位置取决于观察者,它出现的位置是会改变的!

我们的宇宙可能是八维的


  斯莫林认为,宇宙并不是虚无缥缈的,应该存在一个稳定的、绝对的时空,大到天体,小到粒子的各种物质,都是这个时空中的“居民”,那头在黑洞中失踪的大象,也是这个时空的居民。
  这个稳定的时空,应该是我们已经知晓的四维时空和动量空间的结合,它可能有八个维度,包含了时间、位置、动量、能量等各种特性。四维时空和动量空间只是这个八维时空“硬币”的两个面,斯莫林把这种设想中的时空叫作“相空间”,它才是我们所处的宇宙的真正“大背景”。
  因此,那頭大象所含的信息虽然在黑洞蒸发时消失了,但它仅仅是在四维时空中消失了,并没有在八维时空中消失,它所包含的信息依然存在于宇宙之中,只是我们从四维时空的角度观察不到了而已。
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