黑洞逃生攻略

宣成

掉入黑洞

假如有一天你能夠到宇宙中旅行，飄浮在安靜、寒冷的太空中，欣賞著點(diǎn)點(diǎn)星光。突然，你被一股越來(lái)越強(qiáng)大的牽引力拉向一個(gè)黑暗的區(qū)域，等你回過(guò)神來(lái)，你已經(jīng)身處一個(gè)黑洞之中。

那么，如果你不幸被吸入一個(gè)黑洞中，你該如何逃出生天呢？

所有物體之間都存在引力，在大多數(shù)情況下，這種引力非常弱。但黑洞不一樣，它所施加的引力非常強(qiáng)大，沒(méi)有任何東西（包括光線）能夠逃脫。黑洞的質(zhì)量如此巨大，以至于黑洞中的時(shí)間都開(kāi)始彎曲。在你掉入黑洞時(shí)，對(duì)于外部觀察者來(lái)說(shuō)，這一過(guò)程將是非常慢的。

在一片漆黑的黑洞周圍，有一圈光子圍繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)。穿過(guò)這層光子之后，就是撲面而來(lái)的黑暗。此時(shí)是你逃脫的最后機(jī)會(huì)，再前進(jìn)一步，你將越過(guò)黑洞的事件視界，再也無(wú)法出來(lái)了。

在你越過(guò)事件視界后，假設(shè)你還能有力氣扭頭看一下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)身后的所有星光似乎都聚集在一起，形成一個(gè)紅色的點(diǎn)，這是因?yàn)楹诙磸?qiáng)大的引力場(chǎng)改變了你看到的光的性質(zhì)。

然后你的身體將遭受驚人的折磨：黑洞內(nèi)的引力增加得如此之快，它首先不會(huì)壓碎你，而是以不同的速度拉伸你身體的每一個(gè)部位，就像扯拉面一樣。在你還沒(méi)有意識(shí)到的情況下，這一切將在瞬間發(fā)生。

接下來(lái)，你怎么做才能從黑洞中逃脫昵？

與黑洞同歸于盡

即使是黑洞也要遵循熱力學(xué)定律。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，宇宙中的熵永遠(yuǎn)不會(huì)自動(dòng)減少。因此當(dāng)你落入黑洞后，你所包含的熵也不能被抹去，必然會(huì)增加黑洞本身的熵。如果一個(gè)黑洞有熵，它必須有溫度，就像任何有溫度的物體一樣，必然會(huì)輻射熱量。

那輻射又如何從黑洞中逃脫呢？1974年，英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬·霍金提出了一個(gè)解決方法：認(rèn)為黑洞會(huì)出現(xiàn)一種特殊的輻射，后來(lái)人們稱之為“霍金輻射”。

這種霍金輻射不是從黑洞的中心出現(xiàn)的，而是由粒子和它們的反粒子構(gòu)成，存在于事件視界附近。這些亞原子雙胞胎本質(zhì)上是相互聯(lián)系的，任何一個(gè)發(fā)生改變都會(huì)立即影響另一個(gè)。用量子力學(xué)的語(yǔ)言表述，它們是彼此糾纏的。

當(dāng)這種粒子對(duì)出現(xiàn)在黑洞事件視界附近時(shí)，任何落入黑洞的反粒子都會(huì)有一個(gè)伴生粒子輻射出去，減少黑洞的能量。這將導(dǎo)致一個(gè)驚人的結(jié)果：在某個(gè)時(shí)刻，黑洞會(huì)完全輻射掉，同時(shí)你也就消失了。

但是，這種黑洞消失的行為違反了理論物理學(xué)的另一個(gè)基本原則：信息不會(huì)消失。即使信息的一種形式被破壞，它也會(huì)以另一種形式存在。物理學(xué)家依靠這種連續(xù)性來(lái)獲取有關(guān)過(guò)去的信息，并對(duì)未來(lái)做出預(yù)測(cè)。如果信息可以憑空消失和無(wú)中生有的話，我們所知道的所有物理規(guī)律都將是沒(méi)有實(shí)際意義的。

等待黑洞打嗝

一些物理學(xué)家建議，在黑洞通過(guò)霍金輻射蒸發(fā)時(shí)，你可以堅(jiān)守在黑洞內(nèi)部。這樣，至少你的一些信息不會(huì)永遠(yuǎn)丟失，而是被囚禁在黑洞中。

在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，黑洞的事件視界將變得非常小，即使單一波長(zhǎng)的光也不能再擠進(jìn)黑洞內(nèi)部。這時(shí)候，與你的身體相關(guān)的輻射會(huì)像打嗝一樣被吐出來(lái)，黑洞之前的位置只剩下一片虛無(wú)。

但等待黑洞打嗝也存在致命的缺陷：黑洞進(jìn)行霍金輻射的速度由熱力學(xué)定律決定，進(jìn)行的輻射越多，黑洞就變得越小，進(jìn)而可以出現(xiàn)的輻射就越少。當(dāng)黑洞小到足以吐出其最后一點(diǎn)殘余信息時(shí)，里面幾乎就不剩下任何東西了。黑洞會(huì)嗚咽一聲消失，而不是發(fā)出響亮的打嗝聲，而你存在的殘留痕跡早就消失很久了。

因此，如果你將命運(yùn)寄托在黑洞打嗝上，你可能會(huì)輸?shù)靡凰俊?h3>尋找白洞出口

就像黑洞不允許任何物體逃脫一樣，被稱為“白洞”的假想物體無(wú)法容納任何物體。有一種理論認(rèn)為，每個(gè)黑洞都通過(guò)被稱為蟲(chóng)洞的多維隧道，與一個(gè)白洞連接。你落入黑洞后，如果能找到蟲(chóng)洞，就可以從白洞中逃出來(lái)。

也有科學(xué)家認(rèn)為，每個(gè)白洞都曾經(jīng)是一個(gè)黑洞，這意味著在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，當(dāng)黑洞轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)白洞時(shí)，你的身體會(huì)被吐出來(lái)。但這種轉(zhuǎn)變是如何發(fā)生的呢？

一旦恒星坍縮形成一個(gè)黑洞，由于它的組成原子結(jié)合得如此緊密，它們開(kāi)始受到量子物理定律的制約。這可能會(huì)導(dǎo)致一些奇怪和反直覺(jué)的現(xiàn)象，其中最重要的就是量子隧穿現(xiàn)象，它表明粒子具有很小但非零的機(jī)會(huì)直接穿過(guò)一個(gè)不可穿透的屏障。對(duì)于落入黑洞的粒子，理論上可以直接通過(guò)其中心密度無(wú)限大的“奇點(diǎn)”，然后反彈回來(lái)。根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論，掉入黑洞的物質(zhì)無(wú)法再跑出來(lái)，但量子理論允許它隧穿出來(lái)。

這時(shí)，黑洞中的時(shí)空向外反彈，就形成了一個(gè)白洞。對(duì)于一個(gè)外部觀察者來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程需要數(shù)十億年。但在黑洞內(nèi)部，由于巨大的引力，時(shí)間會(huì)加快。你向黑洞中心跌落，經(jīng)過(guò)另一邊反彈的時(shí)間將只有幾毫秒。

將自己輻射出來(lái)

霍金認(rèn)為，黑洞在不斷地發(fā)出輻射。那么，是否可以通過(guò)霍金輻射的形式，將自己輻射出來(lái)呢？如果這種事情發(fā)生的話，將帶來(lái)一種很復(fù)雜的后果。

霍金輻射由虛粒子對(duì)組成，它們?cè)谑录暯绺浇W爍，其中一個(gè)伙伴粒子被吸入黑洞，而另一個(gè)逃逸出來(lái)。但如果是這樣的話，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)悖論。我們已經(jīng)知道，霍金輻射的粒子與剛剛陷入黑洞的粒子處于糾纏狀態(tài)，但是因?yàn)榛艚疠椛鋽y帶著信息，這要求輻射出的各個(gè)粒子之間必須存在一定的糾纏關(guān)系。也就是說(shuō)，一個(gè)剛輻射出的粒子，除了繼續(xù)與掉入黑洞的伙伴粒子糾纏外，還與之前輻射出來(lái)的另一個(gè)粒子相互糾纏。

這違背了量子糾纏的“一夫一妻制”原則——粒子不能同時(shí)與兩個(gè)粒子糾纏在一起。如果你想要通過(guò)霍金輻射逃出黑洞，那么就必須解決這個(gè)矛盾。

擺脫這種量子困境的一種方法是召喚一道熾熱的火墻。這個(gè)火墻剛好存在于黑洞事件視界內(nèi)，可以打破任何掉進(jìn)黑洞的粒子與輻射出去的伙伴粒子之間的糾纏。麻煩的是，這個(gè)火墻違背了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，該理論預(yù)測(cè)黑洞的事件視界不應(yīng)該與周圍的空間有任何不同。

另一種方法是利用與黑洞連接的蟲(chóng)洞。這些蟲(chóng)洞不是連接白洞，而是直接通往黑洞外邊。蟲(chóng)洞的直徑很小，只允許單個(gè)霍金輻射的光子通過(guò)。這樣就避免了火墻悖論和信息丟失的問(wèn)題。信息在從這些蟲(chóng)洞中逃脫時(shí)是守恒的。更重要的是，粒子直接通過(guò)蟲(chóng)洞輻射出去，就不需要利用虛粒子對(duì)解釋，從而不會(huì)違背量子糾纏的“一夫一妻制”原則。