掉进黑洞会发生什么?你死了,但你还活着……

作者:Amanda Gefter 来源:中国日报网
2017-08-15 15:24:16
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但是,如果有一个办法能让她不必穿过视界就知晓另一边的情况呢?

根据相对论这是不可能的事,但在量子物理里就没那么绝对了。有一个小把戏能帮安妮往视界后面偷偷看一眼,这个小把戏就是爱因斯坦口中的“鬼魅般的超距作用”。

所谓“鬼魅般的超距作用”是指一对相隔遥远的粒子之间有一种神秘的“纠缠”关系。它们是一个无形的整体,所以描述它们的信息在哪个粒子中都找不到,而是存在于粒子间的神秘联系中。

这四位物理学家的想法大致就是这样。我们假设安妮在视界附近得到的一组信息叫做A。

如果她的故事是真的,你已经被黑洞外的霍金辐射烤熟了,那么信息A一定是跟辐射中的一组信息B发生了“纠缠”。

如果你的故事才是真的,你在视界另一头活得好好的,那信息A就肯定是和黑洞里的另一组信息C发生了“纠缠”。

问题就出在这里:每一组信息只能发生一次纠缠。也就是说,信息A只能和B或C的其中一个发生纠缠。

掉进黑洞会发生什么?你死了,但你还活着……

所以安妮把信息A放进她手头上的纠缠解码器,吐出的答案只有一个,不是B就是C。

如果答案是C,那你的故事版本赢了,但量子物理将会崩溃。如果A与黑洞深处的C纠缠,那对安妮来说那份信息就永远丢失了。这就违背了量子物理信息永不丢失的准则。

现在剩下B。如果安妮的解码器发现A与B纠缠,那安妮赢了,但广义相对论输了。如果与A纠缠的是B,那安妮的故事才是真的,也就是说你真的被烤成薯片了。根据相对论,你本该直接穿过了视界,但你却撞上了一堵真实存在的“火墙”。

所以我们又回到了起点,你掉进黑洞后到底会发生什么?你是像自身观察到的那样直接滑进黑洞,平安度过?还是渐渐靠近视界最后却撞上了一堵致命的“火墙”?

没有人知道答案。这个问题已经成为基础物理学中最有争议的问题之一。

为了调和广义相对论和量子物理的矛盾,物理学家们已经付出了超过一个世纪的努力,但他们知道,最后总会有一个理论做出让步的。“火墙悖论”或许就会告诉我们妥协的是哪一个,并给我们指出一条通往更深奥宇宙理论的路。

掉进黑洞会发生什么?你死了,但你还活着……

安妮的解码器也许能提供一个线索。要搞清楚信息A到底与哪一组信息纠缠是一个极其复杂的过程。普林斯顿大学的物理学家丹尼尔·哈洛和斯坦福大学的帕特里克·海登想知道这个过程到底会耗时多久。

2013年,他们通过计算发现,即使用上目前物理学允许的最快的计算机,安妮也要花上极其漫长的时间才能解读出纠缠的结果。等到她得到答案时,黑洞早就已经蒸发殆尽,带着它的“火墙”死亡威胁从宇宙中消失了。

如果是这样,过于复杂的过程足以让安妮永远都无法得知哪个故事才是真相。因此,我们只能假设两个故事都是真实的,真相是什么只取决于谁是观察者。如此一来,两个物理理论系统都不会受到威胁,也没有人会撞上一堵莫名其妙的“火墙”。

物理学家们又多了个新的问题去思考和研究:复杂计算(就像安妮无法完成的那个)与时空之间有什么联系?这可能是通往更深层理论的大门。

这就是黑洞的美妙之处。黑洞不仅仅是太空旅行者讨厌的障碍,也是一个理论实验室,它能捕捉并放大物理学中极微小的缺陷,让它们无法被世人忽视。

如果现实的真正本质仍然隐藏在某处,那么最有可能找到它的地方就是黑洞。不过,在搞清楚火墙的事情之前,我们最好还是在黑洞外面找。或者可以把安妮送进去,这次也该轮到她了。

原文选自:BBC

译者:何芊芊

编辑:钦君

 

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