當前位置: 華文問答 > 科學

解讀詭異的黑洞,難道我們的世界有兩個版本?

2024-07-13科學

黑洞這一宇宙奇觀盡管未曾為人眼所見,卻已透過眾多實驗得到了科學家的證實。我們甚至已得以一窺黑洞的面貌。圍繞黑洞的理論眾多,其中尤為引人註目的是史蒂芬·霍金與萊納·薩金兩位科學家之間的論戰。

霍金,知名物理學家,堅持認為黑洞會銷毀一切進入其勢力範圍的物質,不留任何痕跡。薩金則對此提出強烈反對,花費十年時光試圖找出霍金理論的缺陷。霍金進一步假設黑洞能放射出所攝入物質。

為了證明自己的看法,薩金以一種新穎的視角來探討這個問題,提出了生死悖論——一個關於宇宙的思維實驗。

設想Bob在黑洞附近太空船中盤旋,Alice選擇跳入黑洞,Alice和Bob分別會目睹什麽?Bob或將目睹Alice被黑洞吞噬,Alice則感受到自己在無限接近事件視界時速度減緩,那是因為重力嚴重彎曲了時空。根據相對論,Bob所見的Alice最終會停在事件視界,臉上掛著微笑。故事到此,Alice似乎永遠無法進入黑洞。

但從Alice的角度看,她卻能毫不拖泥帶水地墜入黑洞,幾乎毫無痛苦。她可能在接近黑洞核心時才感到不適,緊接著是身體的扭曲。

這兩套相互沖突的敘述展現了同一事件的兩面。在一種說法中,Alice停在事件視界;另一種說法,Alice已穿過事件視界。在這樣的版本中,Alice已逝;而在另一版本,Alice被凍結在時空之中,依舊生存。但薩金最終領悟到如何解決這個悖論,贏得了這場關於黑洞的辯論。

他想到了弦理論中使用的某些概念,能夠解開這個謎團。弦理論認為基本粒子遠不止其表面形象那麽簡單。好比一個旋轉的螺旋槳,在高速旋轉時,我們只能看到中央的軸,誤以為是一個簡單的粒子。但如果使用高速相機,我們將能捕捉到它旋轉時的全貌,發現它遠比想象中復雜。

弦理論中的基本粒子在振動之外還有更多的振動。就如同一個旋轉的螺旋槳,在葉片末端還藏有更小的螺旋槳,層層巢狀,無窮無盡,每一層的轉速都比前一層更快。用高速相機拍攝,就會發現越來越多的結構顯現。

薩金意識到,黑洞就像是一個極速的相機,它減緩了靠近事件視界的物體速度。現在,再次設想Bob和Alice,以及一個黑洞。這次,Alice駕駛的飛機由一個弦論螺旋槳驅動。對她而言,體驗並無變化,她依然坐在駕駛艙內,飛越事件視界。自始至終,Alice只看到中央的旋翼葉軸,在黑洞中心遭遇與之前相同的命運。

這兩種景象似乎不再矛盾,Alice要麽在黑洞中心被壓碎,要麽在穿越事件視界時被壓碎。薩金將這種全新的觀察方式稱為全像原理。

薩金的理論解決了資訊遺失問題,表明黑洞中心的三維物體在二維平面上展現,每個落入黑洞的物體都會在中心留下痕跡,以及在事件視界上微弱發光的全像影像。黑洞發出霍金輻射時,這些輻射連線著落入的物體,資訊得以保存。

在2004年都柏林的科學會議上,霍金承認失敗,承認黑洞不會摧毀資訊。薩金贏得了關於黑洞的辯論,但他的貢獻遠不止於此。這個理論不僅適用於黑洞,還迫使我們以全新的視角審視現實世界。仿佛有兩種版本描述你我以及這房間內的一切,一個是我們熟知的三維現實,另一個則像房間墻壁上的全像影像,看似混亂無序,卻蘊含著完全相同的資訊。這個概念如今已成為物理學的基本原則,資訊儲存在某種全像電影中,存在於宇宙的邊緣。

從某種意義上說,三維空間只是現實的一個版本,另一個存在於數十億光年之外,在宇宙的邊界。這兩種現實為何並存,成為物理學界必須解開的最大謎團之一,而其中的挑戰在於理解空間本身,為何三維的空間會將所有資訊以二維的全像影像儲存?

黑洞帶來種種挑戰,讓這些問題變得更加難以解決,因為黑洞是空間中本不應存在的現象。如果我們要問空間究竟是如何產生的,目前尚無定論。

黑洞在過去的百年裏一直吸引著人們的想象,被視為通往平行宇宙的橋梁、時間機器,以及可能有一天會淪陷地球的恐怖力量。這些想法或許有一天會得到證實。然而,在這一刻,黑洞已經對我們的世界產生了深遠的影響。它們發光的全像表面似乎在告訴我們,我們所認為的一切都會在宇宙的邊緣得到反映!