环球微速讯:一个物理学上的基本原理,暗示着我们的真实世界有两个版本?

虽然没有谁见过黑洞,但已经通过实验证实黑洞确实存在于宇宙中,而且科学家已经公布了黑洞的照片。关于黑洞,有两个截然不同的理论,一边是著名的物理学家史蒂芬霍金,另一边是莱纳萨斯金,弦论的建立者之一,那可是物理学界当中出了名困难的分支。史蒂芬霍金主张黑洞会摧毁所吞噬的一切,并且不留痕迹。莱纳萨斯金则强烈反对这种看法,他花了十年的时间很努力地想找出霍金在概念上的错误。霍金还认为黑洞会辐射出他们所吞噬的物质。

为了证明自己的理论是正确的,莱纳萨斯金开始用一种新的角度来审视这个问题,那成为死与生的悖论,这是个宇宙的思考实验。假设Bob在太空船里环绕着黑洞飞行,Alice决定要跳进黑洞里,A会看到什么?Alice又会看到什么?Bob会看到Alice掉进黑洞,Alice越来越接近事件视界,但速度会变慢,因为黑洞的重力会严重地扭曲事件视界附近的时空。爱因斯坦的相对论预测,Bob会看到Alice的速度越来越慢,到最后就会停下来。所以从Bob的观点看,Alice到最后完全静止,脸上带着微笑,这就是故事的结局,Alice永远都无法掉进黑洞里。

但另一方面,Alice对经过的描述则完全不同,她干脆利落地掉进黑洞,完全没有感觉到痛苦与碰撞,只有在Alice接近内部时才会开始感觉到不舒服,从那一点起,她会开始感到自己越来越被扭曲。


(相关资料图)

对同一事件的这两种描述显然是相互矛盾的。描述一,Alice在事件视界处。描述二,Alice通过了事件视界。在一个版本中,Alice死了;在另一个版本中,Alice被冻结在时空里,但是还活着。不过莱纳萨斯金突然了解到如何能解决这个悖论,并赢得这场黑洞之战。

莱纳萨斯金开始想到某些在发展弦论时所用到的概念,可以解决这个问题。这个悖论,是弦论所探讨的课题之一,就是基本粒子不仅是我们所看到的表象。例如你看到一个螺旋桨,它在高速旋转时,你只能看到中央的旋翼叶轴,看起来就只有一个简单的粒子。但如果你有高速的相机能捕捉到它旋转的画面,你会发现它不只是你所了解的那样,它有叶片,而且叶片会让它看起来大一点。

在弦论中,基本粒子在振动之上还有振动,就好像是螺旋桨,在叶片的末端还有更多螺旋桨,而那些螺旋桨末端又有更多螺旋桨,无穷无尽,每一个螺旋桨的转速都比之前的快。当用高速相机拍摄时,就会看到画面中出现越来越多的结构。

莱纳萨斯金了解到黑洞就像是极高速的相机,物体在接近事件视界时,它显然会降低该物体的速度。现在就来换一个实验,同样是Bob,Alice,还有一个黑洞。不过这次,Alice驾驶着一架飞机,动力是一个弦论螺旋桨。对Alice来说,改变不大,她坐在驾驶舱里,并且飞过了事件视界,自始自终,Alice只看到螺旋桨中央的旋翼叶轴,而且在黑洞的中心,也遭遇到同样的厄运。

这两种景象看起来就不在那么矛盾,Alice若不是在黑洞的中心被压扁,就是在通过事件视界时被压扁,莱纳萨斯金将这种审视事物的新方法称为全像原理。

莱纳萨斯金的黑洞原理就是在其中心的三维度物体的二维度呈现,解决了讯息遗失的问题。每个掉进黑洞的物体都会把痕迹留在中心部分,以及在事件视界处微微发亮的全像图上。黑洞从时间视界发出霍金辐射时,那霍金辐射就会连接到掉入的物体,讯息并没有遗失。

2004年,在都柏林举行的一场科学会议上,霍金承认输了,黑洞并没有摧毁讯息。莱纳萨斯金赢了这场黑洞之战,但他所做的可不仅于此,因为这个理论不仅适用于黑洞,它迫使我们用全新的方式来审视现实世界。就像有两种版本来形容你我以及这个房间里的一切,其中之一就是,一般所认知的三维度现实世界,而另一个就有点像是这房间墙壁上的全像图,看起来是完全的混乱,但其中仍有着完全相同的讯息。这个概念现在已不是概念了,而是物理学的基本原理,讯息是储存在某种全像影片上,地点是宇宙的边缘。

在某种意义上,三度空间只是真实世界的一个版本,另一个版本存在于数十亿光年之外的全像影片上,它在宇宙的边缘。这两种现实为何会同时存在,是目前物理学界必须解开的最大谜团,从这一些所衍生出来的最大挑战之一,就是了解空间本身,为何三维度的空间会把所有的讯息都储存成二维度的全像图?

黑洞带来了这些挑战,并让这些挑战变得更难以克服,因为黑洞实际上是一般空间无法存在的地方,所以如果问空间是如何出现的,目前还没有人知道。

黑洞在过去将近一个世纪当中一直吸引着人们,我们把它想成时光机,是前往平行宇宙的捷径,以及有一天会吞噬地球的怪物,这些想法有一天也许都会获得证实。但此时此地,黑洞已经对我们有了深远的影响。它们微微发光的全像表面似乎在告诉我们,我们所认为在这里的一切,都会反射到那里去,到我们神秘的宇宙的边缘!

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