救命啊！我掉進黑洞了

孔詩槐

想象你在太空中漂浮著。周圍安靜且寒冷，有點令人生畏。突然間，你感覺到一股牽引力，起初是微弱的，但當它把你拉向天空的一個空曠的區域時，這股牽引力會變得越來越強。在你搞清楚這是怎么一回事之前，你已經掉進了一個黑洞里。

隨著人類有史以來第一張黑洞照片的問世，人們對這種時空怪獸存在性的任何懷疑都將被消除。但是關于其內部會發生什么事情，物理學家對此仍有著很大的爭議。那么，不幸掉進黑洞的你可能會有什么樣的命運呢？

開始掉進黑洞

所有物體都互相施加引力，但在大多數情況下，這個力是很弱的。但黑洞的引力十分強大，以至于任何東西，甚至包括光，都無法從黑洞中逃脫出去。黑洞的超強引力還會導致周圍時間流逝的速度大幅度減緩。當你掉進黑洞的時候，你不會有什么不同的感覺，但是對于任何在遠處的觀察者來說，你掉進黑洞的過程卻顯得很漫長，甚至看不見你掉入黑洞的完整過程：隨著你逐漸靠近黑洞，你的影像會需要越來越長的時間抵達觀測者的眼睛里，而且影像中的光會被黑洞的引力拉得越來越長，這樣，在觀察者的眼中，你的影像越來越暗，顏色越來越紅，直到從觀察者的視野里消失。

接近這個黑洞時，你會注意到有一層光子沿黑洞表面繞黑洞轉動，形成一個由光子構成的球狀殼層，這就是黑洞的光層。穿過眩目的光層后，你會眼前一片黑暗，并且撲面而來的黑暗，似乎比你想象的要快得多。此外，由于黑洞的引力彎曲了周圍的時空，恒星發出的光線經過黑洞邊緣時會發生明顯的彎曲。

這是你最后一次逃脫的機會。再往前走，你就會越過事件視界，即進去就再也出不來的分界線。當你穿過事件視界后，如果你有足夠的力氣回頭看一眼身后的星空，你會注意到身后所有的星光都會聚集在一起，最終形成一個單一的紅點，這是因為周圍的光線因黑洞的引力發生嚴重扭曲導致的。同時，周圍的空間會變成完全的黑暗，你會感覺到自己正沿著下坡路前行，而且你會感覺處處都是下坡路。

然后，你的身體會遭受巨大的折磨。黑洞內部的引力增加得如此之快，導致你身體各個部分受到引力之間的差距十分巨大，最終你的身體會因引力差而被拉伸，就像拉面一樣，直至四分五裂。如果你的雙腳朝著黑洞中心掉進黑洞的話，那么你的腳踝會首先從小腿拉扯出來，最終你的脖子會拉成面條，但整個的過程會在眨眼之間發生。但這種表達方式其實并不準確，因為你在這個過程中來不及眨眼，眼睛就有可能會突然彈出眼窩。

接著，組成你身體的物質會被擠壓到黑洞中心那無限致密的奇點上。雖然你早已死亡，但是組成你身體的信息仍以某種形式存在于黑洞中。

我們接下來要討論一下，你的信息最終會去哪里呢？下面給了幾種可能：

一、完全消失;

二、被黑洞打嗝噴出來;

三、從一個白洞逃離出來;

四、成為一股輻射。

下面我們分別探討一下這幾種可能：

一、完全消失

熱力學定律是無情的，即使是黑洞也無法逃脫它們的審判。根據熱力學第二定律，宇宙的熵（表示混亂程度的物理量）會隨著時間的流逝而增加。所以當你掉進去的時候，你的身體所包含的熵不能被抹去，它必須成為黑洞的熵的一部分，這代表黑洞應該也有很多熵。但是根據熱力學定律，如果黑洞有熵，它一定有溫度，所以像任何有溫度的物體一樣，它必然會產生熱輻射。

這種任何東西都無法逃脫的時空區域里，如何產生出來輻射的呢？1974年，英國物理學家斯蒂芬·霍金解決了這個問題。他認為黑洞會產生輻射，即霍金輻射，但不是從黑洞的中心冒出來的，而是在黑洞外靠近事件視界的地方產生的。

量子理論認為，真空中充滿了無數個虛粒子-反虛粒子對，它們會自發地成對出現，然后幾乎在瞬間彼此湮滅。如果這種粒子對出現在黑洞事件視界附近的話，那么其中的一個會掉進黑洞，另一個可以逃離黑洞。逃離黑洞的粒子具有正能量，根據能量守恒定律，掉進黑洞的粒子則會具有負能量，負能量進入黑洞內部會導致黑洞質量的減少。這樣，黑洞就會不停地產生粒子并向外輻射，并損失質量。從外界看來，黑洞好像在慢慢蒸發。黑洞越小，蒸發速度越快，直到黑洞完全的蒸發。但這一過程是極為緩慢的，一顆普通恒星死亡產生的黑洞需要經過約1066年才能蒸發殆盡。

許多物理學家認為，霍金輻射不能攜帶任何與掉入黑洞的物質有關的信息。這意味著如果一個黑洞完全蒸發掉了，那么你以及里面其他物質攜帶的信息也就隨之消失了。

但這卻違背了物理學的另一個基本原則：信息不能被摧毀。如果信息能被摧毀，那么就破壞了整個物理學的根基。這個問題被稱為黑洞信息悖論，物理學家當前還無法解決這個悖論。

結論：如果一個黑洞能摧毀信息，那么它就能摧毀所有關于你的信息。

二、被黑洞打嗝噴出來

一些物理學家建議，當黑洞通過霍金輻射蒸發時，你可以耐心在其中等待，當黑洞臨近死亡時，你的一些信息也許被它打嗝噴出來。這樣的話，至少你的一些信息不會永遠丟失。

黑洞打嗝的機制是這樣的：在遙遠的未來某個時候，黑洞的事件視界將變得如此之小，甚至都無法容下一個粒子。在那個時候，與你身體相關的殘留信息將會被突然吐出來，然后，黑洞最終蒸發殆盡，只留下一個空白的空間。

但是，等待黑洞打嗝，可能存在一個問題。黑洞的質量越小，蒸發速度越快，但黑洞的質量越小，內部剩余的殘余信息也就越少。黑洞變小到足以吐出內部的信息時，里面幾乎沒有什么東西可以排出來了。黑洞會隨著一聲嗚咽而消失，而關于你身體的任何殘留痕跡，可能早就消失很久了。

結論：你想借助黑洞打嗝吐出自己的信息，但這種可能性很小。

三、從一個白洞逃離出來

黑洞不允許任何東西逃脫其引力，與之正好相反的是，被稱為白洞的假想天體不允許任何東西進入它里面。一些物理學家認為，每個黑洞都通過一個蟲洞與一個白洞相連，掉進黑洞的你最終會從白洞甩出去。

然而，法國艾克斯-馬賽大學的物理學家卡洛·羅維利認為，也許你可以在不需要蟲洞的情況下，找到一個白洞作為出口。他認為，每個白洞過去都是一個黑洞，這意味著在遙遠的將來，當黑洞轉變為一個白洞時，你的身體可能會被吐出來。但這種轉變是如何發生的呢？

一旦恒星坍縮形成黑洞，其組成的原子會緊密地結合在一起，并開始受到量子物理定律的制約，這會導致一些奇怪和反直覺的現象。其中最重要的現象就是所謂的量子隧穿效應，它說，粒子都有一個很小但非零的機會，穿過一個原本無法穿透的屏障，并繼續直行。羅維利認為，對于落進黑洞的粒子來說，這意味著理論上它們可以直接穿過中心無限密度的“奇點”，然后反彈回來。根據愛因斯坦的理論，掉進黑洞的東西會到達中心，然后它不能再回來了，但是量子理論允許它從中心隧穿過去，并從黑洞中反彈出來。

當粒子從黑洞中開始向外發生反彈時，此時的黑洞就演變為了一個白洞。你身體里的粒子奔向黑洞的中心并穿過中心的奇點，然后在反彈開來，總共過程只需幾毫秒的時間。但因為相對論效應，一個外部的觀察者需要等待數十億年的時間才有可能觀察到黑洞的這種轉變。

結論：恭喜你，你找到了逃離黑洞的方法。盡管你看起來不再是原來的你了。

四、成為一股輻射

這個可能與第一個“完全消失”有點聯系。前面已經說了，斯蒂芬·霍金認為，黑洞不斷地向外產生輻射。那么，一個問題隨之而來：你身體的信息是否能以霍金輻射的形式泄露出來呢？答案是，如果真的會發生這種情況的話，它會帶來一個更大的麻煩。

霍金輻射的來源是真空中的虛粒子對，如果這種粒子對出現在黑洞事件視界附近的話，那么其中的一個會掉進黑洞，另一個可以逃離黑洞。但如果是這樣的話，量子力學會給我們帶來了一個令人不快的悖論。量子物理學認為，虛粒子對中兩個粒子是處于相互糾纏的狀態，不管它們相隔多遠。即使其中一個粒子掉進了黑洞，另一個逃離了黑洞，它們之間仍會處于相互糾纏的狀態。

但根據量子力學的要求，為了讓霍金輻射能攜帶信息，輻射出的各個粒子之間必須存在一定的糾纏關系，而不是彼此獨立、沒有關聯的。也就是說，一個剛輻射出的粒子a，除了繼續與掉入黑洞的粒子b糾纏外，還得需要與輻射出的另一個粒子x相互糾纏。但問題是，這冒犯了糾纏的“一夫一妻制”原則——一個粒子一次只能與一個粒子發生糾纏，粒子a不能同時與粒子b和粒子x維持糾纏關系。如果你希望你的信息能通過霍金輻射離開黑洞，那么就必須解決這個矛盾。

要想解決量子糾纏的“一夫一妻制”原則，目前有兩個可能的解決辦法：

一是召喚出一堵熾熱的火墻。這個火墻存在于事件視界上，它將打破輻射出的粒子a與掉進黑洞的伙伴粒子b之間的糾纏關系，這樣粒子a就名正言順地可以與事件視界外的粒子x維持糾纏關系，并遵循了粒子的“一夫一妻制”原則。

問題是，這與愛因斯坦的廣義相對論完全不相容，愛因斯坦預言黑洞的事件視界與周圍的空間不會有任何不同，都是連續光滑的。換句話說，當你穿過事件視界時，不會發現有一堵熾熱的火墻。

況且即使存在火墻這樣的障礙，它對于你來說，絕對不是一個好事。如果你想穿過它，你會在瞬間灰飛煙滅，其他任何掉進黑洞的東西也會如此。

結論：你掉進黑洞時，需要穿過一堵火墻，你會在瞬間變為灰燼。雖然這違背了廣義相對論，但掉進黑洞中的灰燼里仍有你的信息，可以通過霍金輻射逃離黑洞。

二是利用時空細長的管道。這是美國斯坦福大學的倫納德·蘇斯金德和美國普林斯頓大學的胡安·馬爾達切納曾提出過的一個特別的黑洞理論。他們認為，一個黑洞內部會與許多細長的蟲洞相連，蟲洞的口徑十分細，能通過它們的只能是微觀粒子。這些蟲洞不會穿過事件視界，而是在一個更高維度的時空中，把黑洞內部與黑洞外部直接相連起來。

于是，黑洞想要產生霍金輻射，可以直接通過這些蟲洞從內部向外輻射粒子，黑洞內部的信息可以從這些蟲洞逃離到外面，這樣就沒有了信息悖論。此外，這種產生輻射的機制，不需要借助真空中的虛粒子對來解釋，所以，關于糾纏現象的“一夫一妻制”原則就不需要被打破了，更沒有必要在事件視界上召喚出一堵火墻了。該理論是否合理仍有待商榷，但看起來似乎很完美。

結論：你的信息也許可以利用時空細長的管道逃離出去。