一個物理學上的基本原理,暗示著我們的真實世界有兩個版本?

2021-01-15 網易

2021-01-07 19:20:24 來源: 宇宙時空

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  雖然沒有誰見過黑洞,但已經通過實驗證實黑洞確實存在於宇宙中,而且科學家已經公布了黑洞的照片。關於黑洞,有兩個截然不同的理論,一邊是著名的物理學家史蒂芬霍金,另一邊是萊納薩斯金,弦論的建立者之一,那可是物理學界當中出了名困難的分支。史蒂芬霍金主張黑洞會摧毀所吞噬的一切,並且不留痕跡。萊納薩斯金則強烈反對這種看法,他花了十年的時間很努力地想找出霍金在概念上的錯誤。霍金還認為黑洞會輻射出它們所吞噬的物質。


  為了證明自己的理論是正確的,萊納薩斯金開始用一種新的角度來審視這個問題,那成為死與生的悖論,這是個宇宙的思考實驗。假設Bob在太空船裡環繞著黑洞飛行,Alice決定要跳進黑洞裡,A會看到什麼?Alice又會看到什麼?Bob會看到Alice掉進黑洞,Alice越來越接近事件視界,但速度會變慢,因為黑洞的重力會嚴重地扭曲事件視界附近的時空。愛因斯坦的相對論預測,Bob會看到Alice的速度越來越慢,到最後就會停下來。所以從Bob的觀點看,Alice到最後完全靜止,臉上帶著微笑,這就是故事的結局,Alice永遠都無法掉進黑洞裡。

  但另一方面,Alice對經過的描述則完全不同,她乾脆利落地掉進黑洞,完全沒有感覺到痛苦與碰撞,只有在Alice接近內部時才會開始感覺到不舒服,從那一點起,她會開始感到自己越來越被扭曲。

  對同一事件的這兩種描述顯然是相互矛盾的。描述一,Alice在事件視界處。描述二,Alice通過了事件視界。在一個版本中,Alice死了;在另一個版本中,Alice被凍結在時空裡,但是還活著。不過萊納薩斯金突然了解到如何能解決這個悖論,並贏得這場黑洞之戰。

  萊納薩斯金開始想到某些在發展弦論時所用到的概念,可以解決這個問題。這個悖論,是弦論所探討的課題之一,就是基本粒子不僅是我們所看到的表象。例如你看到一個螺旋槳,它在高速旋轉時,你只能看到中央的旋翼葉軸,看起來就只有一個簡單的粒子。但如果你有高速的相機能捕捉到它旋轉的畫面,你會發現它不只是你所了解的那樣,它有葉片,而且葉片會讓它看起來大一點。

  在弦論中,基本粒子在振動之上還有振動,就好像是螺旋槳,在葉片的末端還有更多螺旋槳,而那些螺旋槳末端又有更多螺旋槳,無窮無盡,每一個螺旋槳的轉速都比之前的快。當用高速相機拍攝時,就會看到畫面中出現越來越多的結構。

  萊納薩斯金了解到黑洞就像是極高速的相機,物體在接近事件視界時,它顯然會降低該物體的速度。現在就來換一個實驗,同樣是Bob,Alice,還有一個黑洞。不過這次,Alice駕駛著一架飛機,動力是一個弦輪螺旋槳。對Alice來說,改變不大,她坐在駕駛艙裡,並且飛過了事件視界,自始自終,Alice只看到螺旋槳中央的旋翼葉軸,而且在黑洞的中心,也遭遇到同樣的厄運。

  這兩種景象看起來就不在那麼矛盾,Alice若不是在黑洞的中心被壓扁,就是在通過事件視界時被壓扁,萊納薩斯金將這種審視事物的新方法稱為全像原理。

  萊納薩斯金的黑洞原理就是在其中心的三維度物體的二維度呈現,解決了訊息遺失的問題。每個掉進黑洞的物體都會把痕跡留在中心部分,以及在事件視界處微微發亮的全像圖上。黑洞從時間視界發出霍金輻射時,那霍金輻射就會連接到掉入的物體,訊息並沒有遺失。

  2004年,在都柏林舉行的一場科學會議上,霍金承認輸了,黑洞並沒有摧毀訊息。萊納薩斯金贏了這場黑洞之戰,但他所做的可不僅於此,因為這個理論不僅適用於黑洞,它迫使我們用全新的方式來審視現實世界。就像有兩種版本來形容你我以及這個房間裡的一切,其中之一就是,一般所認知的三維度現實世界,而另一個就有點像是這房間牆壁上的全像圖,看起來是完全的混亂,但其中仍有著完全相同的訊息。這個概念現在已不是概念了,而是物理學的基本原理,訊息是儲存在某種全像影片上,地點是宇宙的邊緣。


  在某種意義上,三度空間只是真實世界的一個版本,另一個版本存在於數十億光年之外的全像影片上,它在宇宙的邊緣。這兩種現實為何會同時存在,是目前物理學界必須解開的最大謎團,從這一些所衍生出來的最大挑戰之一,就是了解空間本身,為何三維度的空間會把所有的訊息都儲存成二維度的全像圖?

  黑洞帶來了這些挑戰,並讓這些挑戰變得更難以克服,因為黑洞實際上是一般空間無法存在的地方,所以如果問空間是如何出現的,目前還沒有人知道。

  黑洞在過去將近一個世紀當中一直吸引著人們,我們把它想成時光機,是前往平行宇宙的捷徑,以及有一天會吞噬地球的怪物,這些想法有一天也許都會獲得證實。但此時此地,黑洞已經對我們有了深遠的影響。它們微微發光的全像表面似乎在告訴我們,我們所認為在這裡的一切,都會反射到那裡去,到我們神秘的宇宙的邊緣!

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