黑洞里的大象去哪了

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一只大象不幸掉進(jìn)了黑洞。更不幸的是，黑洞蒸發(fā)干凈了，大象也不見了蹤影。信息不是不滅的嗎？那么大象所含的信息怎么會(huì)無(wú)緣無(wú)故地消失了呢？

黑洞的霸道讓人戰(zhàn)栗，不過它們畢竟距離地球很遠(yuǎn)，所以我們地球人還是很安全的。只是自從20世紀(jì)70年代以來(lái)，黑洞設(shè)下了一道難題，讓科學(xué)家頭痛了幾十年。那個(gè)時(shí)候，英國(guó)著名天文學(xué)家斯蒂芬·霍金從理論上證明，黑洞其實(shí)也不是完全只吃不吐，它也會(huì)向外輻射能量，這就是所謂的黑洞蒸發(fā)。只是黑洞蒸發(fā)的速度驚人地慢，一個(gè)大一點(diǎn)兒的黑洞要許多億年才能蒸發(fā)干凈。

問題來(lái)了，不論黑洞蒸發(fā)速度有多慢，它總會(huì)有蒸發(fā)干凈的一天，最后一丁點(diǎn)兒東西都不剩。那么，假設(shè)曾經(jīng)有一只大象不幸落入了黑洞之中，再也沒能跑出來(lái)，在黑洞蒸發(fā)干凈的時(shí)候，那這只大象所含的信息去哪里了？

科學(xué)家目前正致力于把廣義相對(duì)論和量子理論統(tǒng)一在一起，形成一個(gè)能解釋萬(wàn)物規(guī)律的“大統(tǒng)一理論”，一個(gè)能解釋大象去哪里了的理論。

加拿大物理學(xué)家斯莫林一直致力于大統(tǒng)一理論的研究，而且最近，他獲得一些有趣的發(fā)現(xiàn)，比如他提出，時(shí)空可能根本不是我們過去所認(rèn)為的那樣，正是對(duì)時(shí)空的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，讓我們無(wú)法解釋黑洞中的大象去了哪里。

更令人深思的是，早在1938年，德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·玻恩發(fā)現(xiàn)，不論是用時(shí)空坐標(biāo)系還是動(dòng)量空間坐標(biāo)系，量子理論的幾個(gè)關(guān)鍵方程的表達(dá)都是一樣的。于是玻恩猜想，人們能否通過這種聯(lián)系，把描述宏觀時(shí)空的廣義相對(duì)論和描述微觀粒子動(dòng)量和能量的量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)呢？

在廣義相對(duì)論中，宇宙各處的觀察者都處于相同的四維時(shí)空中，他們觀察某個(gè)星體的位置時(shí)，不會(huì)有什么地點(diǎn)上的歧異?？墒窃趧?dòng)量空間中，情況完全不同。

假設(shè)在大象不幸落入黑洞的時(shí)候，我們看到了這悲慘的一幕。然后我們守候在黑洞旁邊，經(jīng)過許多億年之后，黑洞蒸發(fā)干凈了，此時(shí)我們觀察不到大象了。那么，當(dāng)我們回溯大象落入黑洞的那一刻時(shí)，根據(jù)動(dòng)量空間的性質(zhì)，那時(shí)大象所處的地點(diǎn)已經(jīng)變得不確定了，因?yàn)樽鳛橛^察者的我們，那時(shí)和此時(shí)是不一樣的。所以，在黑洞蒸發(fā)完畢的時(shí)候，我們竟然無(wú)法判斷，大象當(dāng)年是否真的落入了黑洞之中，還是與黑洞失之交臂，幸運(yùn)地逃脫了黑洞的魔爪。

于是，所謂的黑洞信息丟失、大象失蹤的謎團(tuán)，就這樣暫時(shí)解決了。簡(jiǎn)單地說(shuō)，大象的位置取決于觀察者，它出現(xiàn)的位置是會(huì)改變的！

斯莫林認(rèn)為，宇宙并不是虛無(wú)縹緲的，應(yīng)該存在一個(gè)穩(wěn)定的、絕對(duì)的時(shí)空，大到天體，小到粒子的各種物質(zhì)，都是這個(gè)時(shí)空中的“居民”，那頭在黑洞中失蹤的大象，也是這個(gè)時(shí)空的居民。

這個(gè)穩(wěn)定的時(shí)空，應(yīng)該是我們已經(jīng)知曉的四維時(shí)空和動(dòng)量空間的結(jié)合，它可能有八個(gè)維度，包含了時(shí)間、位置、動(dòng)量、能量等各種特性。四維時(shí)空和動(dòng)量空間只是這個(gè)八維時(shí)空“硬幣”的兩個(gè)面，斯莫林把這種設(shè)想中的時(shí)空叫作“相空間”，它才是我們所處的宇宙的真正“大背景”。

因此，那頭大象所含的信息雖然在黑洞蒸發(fā)時(shí)消失了，但它僅僅是在四維時(shí)空中消失了，并沒有在八維時(shí)空中消失，它所包含的信息依然存在于宇宙之中，只是我們從四維時(shí)空的角度觀察不到了而已。