光电工程师社区

标题: 黑洞理论：你死了，但你还活着！ [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2015-9-15 09:30
标题: 黑洞理论：你死了，但你还活着！
作为光电工程师队伍中的一员，物理学知识是不可少的，那么你有没有出现过这样的念头：如果你掉进一个黑洞会发生什么？你可能会认为自己大概会被压碎，或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异，在你落入黑洞的一瞬间，现实将会被一分为二……

在其中一种场景中，你将瞬间化为灰烬，而在另一种场景下，你几乎毫发无损，并且这两种情形可能都是真实的。

黑洞是什么？

黑洞是一类诡异之地，在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出，黑洞的引力会弯曲时空，造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体，时空将发生严重扭曲，以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域，这就是黑洞。

大质量天体会导致时空的扭曲

当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩，这一过程将足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩，它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强，以至于光线也无法逃离它的掌控：在这颗恒星原先所在的位置上，一个新的黑洞出现了。

从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”

黑洞最外层的是它的事件边界，也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外，光线还可以逃离，而一旦越过这一边界，任何逃离的努力都将是徒劳的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射，这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字命名的，因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间，这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。

在黑洞中，时空的扭曲程度到达奇点

随着你逐渐深入黑洞，时空变得更加扭曲，直到抵达黑洞的核心——在这里，时空的扭曲达到无限程度，这就是“奇点”。
在这里空间和时间不再有意义，我们所熟知的，基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。
那么在这里究竟将发生什么？另一个宇宙？混沌？或是通往小时候书架的后面？没有人知道答案。

落入黑洞时会发生什么——你死了，但同时你活着

那么如果有一天你真的不幸落入其中一个黑洞之中，将会发生什么？
首先我们假想你拥有一个名叫“安妮”（Anne）的同伴。你正朝着黑洞落去，而她仍然处于安全的距离外惊恐万分地观察着眼前的景象。从此刻开始，她将目睹一系列奇异现象。

黑洞导致光线传播路径的极大扭曲，形成类似“透镜”的效果

作者: 乏味 时间: 2015-9-15 09:36
随着你朝着黑洞的事件边界不断加速下落。安妮将会看到你的身体逐渐被拉长并扭曲，就像透过一个放大镜观察你的感觉。并且随着你越来越接近事件边界，安妮会发现你的移动速度似乎变得越来越慢，就像在看慢动作镜头。

你没有办法向她呼喊，因为空间里没有空气，但你想到用自己的 iPhone 手机，利用闪光的方式向安妮发送一段摩尔斯电码（真的有一个这样的 app）。然而你发出的信号向外传递的速度同样非常缓慢，光线的波长已经在强大的引力场中被严重拉伸，频率变得很低：“我很好。。。我很好。。。我。。。。。。。很。。。。。。。好。。。”

当你最终抵达事件边界，安妮会发生你静止了，仿佛某人按下了暂停按钮。她会看到你还在那里，一动不动，拉伸的身体开始被烈焰吞噬。在安妮看来，你已经因为空间的拉伸，时间的静止和霍金辐射产生的高热，在甚至还未跨越事件边界的时候变已经化为灰烬了。

然而，在我们为你准备葬礼之前，先让我们忘掉安妮的报告，转而从你自己的视角来看一看这段时间里你究竟经历了什么？好吧，现在更加诡异的事情出现了：你觉得什么事都没有发生。
在你的下落过程中，你将感受不到拉伸，减速或是可怕的辐射。这是因为你正处于自由落体状态下，因此你感受不到重力的存在——爱因斯坦将这称之为自己“最令人愉悦的想法”。

黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙

毕竟，事件边界并不是一堵砖墙，而只是一种空间上的无形边界。一名位于外部的观测者无法目睹这一边界内部的事件，但这对于你而言不是问题——对你而言，这里并不存在什么边界。
当然，如果你正落入的是一个较小型的黑洞，那么你的确会有大问题。你将感受到强大的引力作用：你的腿部感受到的引力要比头部强大的多，你将会像一根意大利面条那样被拉长。但幸运的是你现在落入的是一个大型黑洞，其质量是太阳的数百万倍，在这种情况下，那种会将人撕碎的引力差将变得非常小，几乎可以忽略。
理论上说，在一个足够大的黑洞中你可以正常的度过余生，直到最终落到黑洞中央的奇点上迎来死亡。
“正常”——有多正常？你可能会有这样的疑问，因为此时的你正坠入时空连续体中的裂隙，完全不以自己的意志为转移，没有办法回头——一定没有人能够体会你的感受。
但奇怪的是，实际上从某种角度来看，我们是能够体会你的感受的——你是从空间上，而是从时间上——时间之河永恒地向前流淌，不以我们的意志为转移，我们只能随着时间向前走，没有办法回头。
这并不仅仅是一个比方。黑洞将空间和时间扭曲到了一个极端的程度，以至于在黑洞内部，时间和空间已经互换了角色。从某种意义上说，是时间将你推向最后的奇点。你无法回头逃离黑洞，一如我们无法回头，回到过去。

“黑洞信息悖论”

到了这一步，你大概会想：等一下，那个安妮到底是怎么回事？明明我什么都没发生，周围什么都没有，只有空旷的空间，为什么她一口咬定亲眼看到我在事件边界外就已经被烧成灰了？难道她产生幻觉了吗？

黑洞 —— 一旦你落入其中，永远不可能再出来

事实是，安妮并没有产生幻觉。从她的视角看，你的确是在事件边界附近就被烧成灰烬了。这不是幻觉。如果可以的话，她甚至还可以收集你的骨灰并带回地球给你的家人安葬。
实际上，自然界的定律要求从安妮的视角观察，你必须永远都无法进入到黑洞的内部。这是因为量子物理学原理要求信息不可丢失——任何描述你的存在的信息必须留在黑洞外部，否则安妮所在空间的物理学定律将会崩溃。

而在另一方面，物理学定律也要求你必须能够穿越事件边界，而不会遭遇到超热粒子流或其他任何异常的东西。否则你将违背爱因斯坦的那个“最令人愉悦的想法”和广义相对论原理。
因此，简单来说，物理学定律要求你同时存在两种状态——在黑洞外成为一堆灰烬，以及在黑洞内，完好地活着。然而还有第三项物理学定律，它指出信息是不允许被克隆的——你必须同时存在于两个地点，但同时你只能有一个。

不知怎的，物理学定律将我们带向了一个似乎违背常识的结论。物理学家们将这一矛盾性结论称为“黑洞信息悖论”（Black Hole Information Paradox）。幸运的是，在 1990 年代，他们终于找到了一种调和这对矛盾的方法。

物理学家莱纳德·苏斯坎德（Leonard Susskind）意识到这一悖论实际上并不存在，因为并没有人能够看到另一个你。安妮只能看到已经化为灰烬的你，而你只能看到活着的你自己。你和安妮之间永远无法将这两个 “你”进行对比，并且也不存在第三名观察者能够同时看到黑洞内部和外部的情况。因此在这样的情况下，物理定律将不会被突破。
除非你非要深究，这两个你究竟哪一个才是真的你。你想知道：我究竟是活着还是死了？
黑洞的研究所揭示的一项重要事实便是：根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你所询问的对象是谁。在这个故事中有对于安妮而言的现实，也有对于你而言的现实。大概就是这样。

“鬼魅般的远距作用”

在 2012 年的夏天，一个物理学家小组（包括4名成员：Ahmed Almheiri，Donald Marolf，Joe Polchinski 以及 James Sully，简称 AMPS）设计出一项思想实验，它可能将会彻底颠覆我们对黑洞的认识。

黑洞内部究竟是什么样的？没有人知道答案

AMPS 小组意识到，苏斯坎德的解决方案完全基于一个前提，那就是黑洞的事件边界将可以调和你和安妮所见的不同事实。你安全的漂浮在空间里，而安妮看到你化为了一团灰烬，这不要紧，因为安妮看不到位于事件边界另一侧的那个你。但是，假如安妮找到了一种方法，可以在并不需要亲自穿越事件边界而得知这一边界另一侧情况的方法，那将会怎样？
简单的应用相对论，那么这个问题将不能成立，但量子物理学原理让这个问题变得比我们设想的更加复杂。安妮或许可以窥见事件边界后的一丝隐情，她采用的方法就是被爱因斯坦称作“鬼魅般的远距作用”（”spooky action-at-a-distance”）的一种现象。

“鬼魅般的远距作用”——量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离，但却诡异地相互联系（“纠缠”）

作者: 这个夏天 时间: 2015-9-15 09:40
关键是进入黑洞没有氧气和水，食物，人肯定是死路一条。。。

或许我们所认知的宇宙，本就是一个黑洞，而黑洞也许就是我们这个黑洞的出口。。。

作者: feigehouse 时间: 2015-12-8 14:36
高科技，弄不懂啊！！！

欢迎光临光电工程师社区 (http://bbs.oecr.com/)