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深層解讀黑洞的本質,很可能隱藏著世界的終極奧秘!

2024-10-09科學

黑洞是宇宙間實力強橫的存在,它足以將整個星球拆解成微小的原子碎片,這本已足夠駭人,但黑洞還隱藏著另一個更加駭人且不可預測的特性:它們或許有能力抹除整個宇宙!

超大質素的物體被壓縮至極小的空間,便會孕育出黑洞。在這一奇異之所,重力的強度幾乎無法估量。任何靠近其中心的物質,都將被撕裂為最基本的粒子。即便是光,也逃脫不了黑洞的巨大重力,因此,我們所見的黑洞,呈現為一團漆黑的球狀。

若你不幸墜入黑洞之中,最初並不會有什麽可怕的事情發生,直到你穿越那被稱為事件視界的邊界。你可以將事件視界想象成在巨大的瀑布上遊泳,盡管一開始你還未見瀑布,但水流卻在悄然間加速。你可以輕松自在地遊弋,直到抵達那個無法回頭的界線。一旦跨過那道門檻,任你如何掙紮,水流都會把你帶向終結的深淵。

靠近黑洞的邊緣,一切事物皆無法逃脫它的重力,事件視界將黑洞與外界宇宙分隔,我們無法直接觀測黑洞的內部,除非我們決心一去不返,因此,關於黑洞內部的秘密,我們一無所知。

然而,科學家們對於事件視界,即黑洞的邊緣,持有一些觀點。正如水的蒸發,黑洞也以一種稱為「霍金輻射」的過程向外釋放物質,持續流失微小的質素。這一過程極其緩慢。

若有一個與我們太陽質素相當的黑洞,可能需要長達10的50次方年的時間,才會流失0.0000001%的質素。隨著時間的推移,質素的流失速度將愈發迅速。在遙遠的將來,當最後一顆星辰也黯淡無光,億萬年之後,黑洞將逐漸縮小,直至完全蒸發,只留下微弱的輻射。

但其中存在一個問題,那就是在黑洞消失的過程中,它可能一並抹去了某些基礎的元素,那就是資訊!

資訊,無形無相,可將其視作物質體子的排布方式。例如,一堆碳原子,以特定方式排列,可形成煤炭,改變排布,便得到鉆石。原子本是那些原子,變化的只是資訊。

復雜一些,如將更多原子組合,我們得到香蕉,改變排布,又形成了松鼠。宇宙間的基本粒子相同,不論是鳥、石或咖啡。無資訊,萬物皆為同一。

量子力學認為,資訊是不可破的。資訊或許變化,但永不消失。例如,焚燒紙張,灰燼無法還原紙。然而,若能收集所有碳原子,結合燃燒的熱量和輻射,理論上仍可重造那張紙,因其資訊仍存於宇宙中,只是難以讀取。

若能測量所有原子、粒子和輻射波,你將掌握宇宙的所有資訊,甚至了解宇宙自大爆炸以來的完整歷史。

但黑洞的存在阻撓了這一切。資訊揭示了萬物差異及其歷史,而黑洞卻相反,吸收萬物並轉化為同一形態。簡言之,黑洞在消滅資訊。這便是「資訊悖論」,一個極端嚴重的問題。

資訊不可消失,這是我們所有物理定律的基礎。若無資訊,萬物皆同。理解現即時,我們需從全域角度出發。我們應如何解釋這一悖論?

或許有以下幾種答案。

其一,資訊永久消失,意味著我們須摒棄所有物理定律,重新制定物理法則。未知的新法則如何,對我們又意味著什麽,無人知曉,這既令人憂慮,又讓人興奮。

其二,資訊被隱藏。一些解釋認為,黑洞的部份或許分離,形成新子宇宙,資訊被傳至這一獨特子宇宙,而我們無法觀察或與之互動,但技術上,資訊並未消失。這如同一個儲存所有家庭照片卻無法讀取的壞硬碟,好訊息是資訊未被刪除,壞訊息是這硬碟已無用。

其三,資訊保安無虞,不會消失或被隱藏。可能我們研究的方向有誤,雖然我們了解黑洞會吸收資訊,或許之後會刪除這些資訊,但我們從未想過在刪除前,黑洞如何處理這些資訊,或將它們儲存何處。

從某種意義上講,黑洞如同超級硬碟。將紙質書轉化為電子書,雖形態不同,內容則同,只是編碼和儲存方式有異。

黑洞吞噬星體,好比將實體圖書館轉化為電子圖書館,此解釋被稱為「全像原理」。若全像原理正確,我們對宇宙的認知將全然不同。

若資訊真儲存於黑洞邊界,霍金輻射可能編碼並帶走資訊,意味著資訊未隨黑洞消亡而消失。如此,我們無須重訂物理法則,資訊悖論得以解決。

但我們仍需重新理解現實世界。若一切落入黑洞之物皆被編碼於事件視界,意味著三維物體被記錄於二維平面,此過程名為全像投影。

全像投影如同3D影像,即在塑膠片上編碼三維影像。黑洞如全像投影,因其內部所有事物皆編碼於事件視界。黑洞內部之人或許過著正常的三維生活,而外部之人所見,卻是黑洞表面的二維影像。

此說似乎不合常理,但黑洞本極端,同樣遵循普遍規則。若2D至3D的轉化適用於黑洞,或許也適用於整個宇宙,包括你我。

若生活在黑洞中的人察覺不到自己被編碼於二維平面,現實中的我們或許也同樣。你我或許是宇宙邊緣螢幕上的二維影像。背後的科學理念復雜而獨特,包括玩具宇宙、弦論和大量物質質素。不論宇宙真實面貌如何,我們僅知其奇異復雜,須進行更多物理實驗以理解。但黑洞可能正是解開現實本質的關鍵!