黑洞旅行指南8-蒸发(一)-3.24二

我希望这本关于时空旅行建议的指南对你能够有所帮助。无论你最后是英雄凯旋,还是中道崩殂,都请在阅读本指南时认真记笔记,并与我们分享。
但必须坦白的一点是,我至今尚未开诚布公。我引导你们接受了如下假设:孤立的黑洞是黑暗的。
我向你们保证,我的很多建议仍然有效,我也提供了应对黑洞典型特征的方案。

不过,我必须承认,目前存在一个细微漏洞,使得“黑洞是黑暗的”这一假设理论上不再成立:霍金辐射。
大量证据已经证明了黑洞在现实中确实存在。
随后,我们再次回到了思想实验中理论上孤立的黑洞。
作为天体物理学中的庞然大物,黑洞总是漫无目的地游荡于空间中,并时不时将物质碎屑吸出宇宙,但它本身也是完美无瑕的基本引力现象。
在人类苦苦追求对自然界完整描述的过程中,最简单、最抽象的黑洞注定会成为其中最艰巨的一场战役,以及所有想要参与智力交锋的少数天才的最佳去处。
自然定律少之又少,实际上只存在两种物理定律:一种用于描述引力,另一种则用于描述物质。

我们将引力等同于时空,用约翰·惠勒的话来讲,时空中的物质和能量告诉时空如何弯曲,而弯曲的时空告诉物质和能量在其中如何运动。
物质间作用的规则掌控着原子核和原子的运动,同样也决定着光的性质以及我们对这个世界的大部分体验,却似乎与时空规则有着本质上的不同。
尽管如此,区区两种定律对物理学家而言仍然算得上赏心悦目。
令人叹服的是,我们现在所熟知的世界仅从上述两种定律演化而来,而浮于表相的复杂性与多样性却让我们忘记了世界原有的简洁面貌。

基本定律的种类少得令人印象深刻,但还不够少。人类渴望发现描述万物的单一理论,找到能够将万物统一的终极物理定律。
探寻万有理论的重要动机是一个听上去十分合理的猜想:引力与物质间的作用力尽管有着大相径庭的外在表现形式,实际上只不过是同一潜在事实的不同表达。

量子力学不属于基本定律。它是基本定律在高能状态下的表现形式。在高能量下,你能够以外科手术般的精度游刃于极其微小的间隔。
以X射线为例,它小到足以驱动你皮肤中的原子,小到足以发现你的皮肤几乎是全空的。
众所周知,高能物体的行为与我们日常生活中低能量的物体截然不同。
通过对高能粒子的观测,我们可知,物质被量子化成了离散的、不可分割的单位,即量子。
我们对于物质有着久经检验,并且可靠的量子描述。如果我们能放大微观宇宙的运作,就能观察到一个反直觉的世界。
这个光怪陆离的世界中充斥着无限的、不安分的、概率性的量子,而位于其中的事物的基本存在则是模糊的、不确定的。
因此,在我们熟悉的日常体验中,有关明确物体的简单确定性事实只不过是假象罢了。这种自我欺骗实则来源于我们拙劣的感知功能、模糊不清的视觉、迟钝的反应能力,以及极为有限的力量。

要实现所有自然规律如此深刻的统一,我们需要掌握引力在量子力学框架内的描述。而事实证明,这是难以捉摸的。
为了搜集量子引力的线索,我们需要探索黑洞的边界。
黑洞如同一个放大镜,扩大了宇宙历史长河中尺度最小、能量最高的物理过程,而这正是量子力学能够大展拳脚的领域。
黑洞的确是虚无,但它并不像表面看起来这样简单。
在量子层面上,空间绝不会像我刚才讲的那样完全空荡。
实际上,量子概率时刻困扰着真空,物质可能存在其中,也可能不存在其中,于两种可能性之间不断波动。

量子层面上存在的模糊性与海森堡不确定性原理有关。
该原理指出,没有任何亚原子粒子可以在一个特定的位置上完全静止。
在人类发现海森堡不确定原理之前,我们曾幻想,或许某种微观粒子可以固定在一个地方不动,就像一个表现良好的台球。这算不上一个严格的要求,但我们臆想出来的粒子在现实中并不存在。
让我试着用下面这个类比来阐述问题,但要注意的是,就像所有类比一样,它也会有缺陷。
想象你此时正在吉他上弹奏和弦,也就是多个音符叠置成的和声。
如果你弹奏的是一个明确的和弦,那么你就不可能同时弹出一个明确的音符,你可以试着把这个音乐类比的顺序颠倒过来。通过叠置和弦来弹奏一个明确音符,使得除了你想得到的那个音符,所有其他音符都被抵消掉。
想想降噪耳机的技术原理,或许更容易理解这一点。音符是和弦的叠加,正如同和弦是音符的叠加。你的吉他可以弹出一个和弦或一个音符,但无法产生既是和弦又是音符的声音。
量子的不确定性之所以会产生,是由于粒子不可能同时拥有确定的位置与确定的运动。正如和弦与音符的类比一样。

如果一个粒子正处于某一个特定的位置,它就是运动的叠加。反之则相反。如果粒子正以特定的速度运动,它就处于位置的叠加。
粒子在空间中无法明确地物质化。
从字面意思上讲,它既不存在于这里,也不存在于那里,而是两者皆有可能。所以我们说,位置与速度互补。
在我们的想象中,粒子应当同时拥有明确的位置和明确的运动规律。然而,后来我们发现,这种说法就像声称一个声音既是和弦也是音符一样愚蠢。
没有任何声音可以同时是和弦与音符。
同理,没有任何物体同时拥有明确的位置和明确的速度。
上述两难困境引申出了对量子世界更广义的理解。在量子层面上,这里与那里,过去与现在,快与慢的叠加态合情合理且可持续进行。
这个世界明确的现实本身也不过是场幻觉。
我们所要做的就是仔细观察,曾经坚定的现实自然就会瓦解。
从更极端的角度来看,如果你不能确切地说一个粒子确实存在,那么这个粒子的存在或不存在就不再可以明确定义。
更进一步来说,纯粹的真空中实际上存在一个基本物理极限,如果我们不能明确地说某物存在,那么我们也无法明确地说某物不存在。

这种不确定性的直接后果便是,粒子出现和消失的波动变得无法抑制。因此,即使是真空也并非完全空荡。真空会因为物质的量子波动而产生时空泡沫,就算在你所处的房间里,量子波动也时时刻刻在发生。
但是,考虑到与量子海洋的微观尺度相比,我们本身又大又笨拙,因而我们根本无法觉察到这种精细的差异。
真空波动同样有自己的法则,而粒子在出现和消失时必须要遵守相应条件。
试着用下面的颜色类比来理解,假设你面前摆放着一碗绿色颜料,此时,你使用某种炼金术从中提取出了两滴液滴:一滴蓝色,一滴黄色。
两滴颜料液体融合在一起就能够重新生成原来的正绿色。
在这个类比中,真空是特定的状态,就像某种特定色号的绿色。只有结合到一起能重现这种绿色的颜色组合才有可能从真空中波动出来。
未完,见:黑洞旅行指南-蒸发(二)
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Tip:我可能是错的,但我会根据新收集的信息,不断修正我的判断。
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