為什么黑洞能夠刪除宇宙

歐攀

黑洞是宇宙中最強(qiáng)大的天體，強(qiáng)大到能夠?qū)⒑阈撬毫殉稍映叽绲乃槠＿@聽起來很恐怖，但是黑洞還有其他一些更加可怕的能力，它也許能夠“刪除”宇宙本身。

先讓我們來看看黑洞到底是什么。黑洞可以看作是極大量的物質(zhì)壓縮到極小空間內(nèi)的天體，在它的中心，引力幾乎達(dá)到無限大。任何靠它太近的物體都會(huì)被撕裂成基本粒子，就算是光也無法逃脫，所以我們認(rèn)為黑洞就像是一個(gè)黑色的天體。

如果你不慎跌入一個(gè)黑洞，就像是在一條下游是無限高的瀑布的河流里游泳一樣。你在不斷往下漂流時(shí)，水流會(huì)變得越來越快，卻看不到下游的瀑布。你可能沒有意識(shí)到，自己在逐漸靠近不可返回的邊界。這個(gè)邊界完全將黑洞從其他宇宙空間中隔離開來。我們不能靠近它，除非做好了一去不復(fù)返的準(zhǔn)備。所以我們不知道黑洞內(nèi)部是什么情況，但對(duì)黑洞的邊界略知一二。黑洞正在緩慢地將自己的質(zhì)量向外輻射，就像一個(gè)火爐上的水鍋緩慢地喪失水汽一樣，這叫作霍金輻射。黑洞極緩慢地喪失自己的一小部分質(zhì)量，過程極其漫長(zhǎng)。對(duì)于一個(gè)太陽質(zhì)量大小的黑洞而言，它需要10的58次方年來喪失它0.0000001%的質(zhì)量。

在很遙遠(yuǎn)的未來，當(dāng)宇宙中最后一顆恒星死亡數(shù)萬億年后，黑洞就會(huì)變得越來越小，直到完全蒸發(fā)消失掉，只留下一點(diǎn)點(diǎn)輻射。在黑洞不斷蒸發(fā)的過程中，它有可能會(huì)“刪除”一些基本的信息。那么，什么是信息？信息不是那些可以觸碰的實(shí)體，它通常被理解為有關(guān)粒子排列的一種屬性。這是什么意思呢？想象一堆碳原子，將它們組合起來可以得到石墨，用另一種方式組合起來，卻可以得到鉆石。原子還是那些原子，但信息發(fā)生了改變。組成宇宙中的所有物體的基本粒子都是一樣的，它們并不關(guān)心自己是一只鳥的一部分，還是一塊石頭或一杯咖啡的一部分。如果沒有信息，宇宙中的所有物體都是一樣的。根據(jù)量子力學(xué)的理論，信息是不可摧毀的，它可以改變形態(tài)，但絕對(duì)不會(huì)丟失。舉個(gè)例子，你把一張紙燒成灰，如果能將灰中的每個(gè)碳原子都小心地收集起來，并且能夠準(zhǔn)確地測(cè)量煙霧和熱輻射中的所有屬性，理論上就還能重構(gòu)這張被燒掉的紙。這張紙的信息還存在于這個(gè)宇宙中，它并沒有喪失，只是難以讀取罷了。如果你能準(zhǔn)確地測(cè)量宇宙中的每個(gè)粒子和輻射波的屬性，便可以追蹤曾存在的每一比特信息，理論上可以追溯到宇宙大爆炸時(shí)期。

但這時(shí)，黑洞來攪局了。信息告訴我們事物之間的不同性以及事物過去的形態(tài)，黑洞則在做完全相反的事情。它吸收不同的事物，然后將它們完全同質(zhì)化。黑洞摧毀了信息。這引出了信息悖論，而且是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。信息不可摧毀是我們所有已知物理定理的基礎(chǔ)——存在與不存在。沒有信息，任何事情都變得“相對(duì)”了。討論到對(duì)現(xiàn)實(shí)的理解，我們需要的是“絕對(duì)”。我們?nèi)绾谓鉀Q這個(gè)悖論？

有幾種可能發(fā)生的情況：第一種，信息的確喪失了，永遠(yuǎn)不可重新獲取。這意味著我們將不得不重新審視物理學(xué)，放棄所有已經(jīng)十分完備的理論。第二種，信息被藏起來了。也許黑洞的一小部分分裂開來，形成了一個(gè)“嬰兒宇宙”。所有信息會(huì)轉(zhuǎn)移至這個(gè)奇怪的新宇宙，并且我們永遠(yuǎn)無法觀測(cè)或接觸它，但理論上信息不會(huì)丟失。這就像是一個(gè)存儲(chǔ)著家庭相冊(cè)的壞掉的硬盤，你將永遠(yuǎn)無法訪問其中的內(nèi)容。或許還有第三種，即信息很安全，沒有丟失也沒有被隱藏，只是我們思考的方式錯(cuò)了。我們知道黑洞會(huì)“困住”并且還可能刪除信息，但并不知道黑洞還會(huì)對(duì)信息做些什么，比如黑洞在哪里存儲(chǔ)信息。這就像進(jìn)行“宇宙大掃除”。我們先用一些臟衣服來創(chuàng)造一個(gè)黑洞——用裝滿臟衣服的籃子充滿一個(gè)房間。你的臟衣服越多，籃子就越多。但在某一點(diǎn)，每個(gè)籃子都已經(jīng)滿了，房間也已經(jīng)被充滿了，這時(shí)房間達(dá)到了最大容量。但如果我們繼續(xù)用大量的能量去壓縮這些衣物，房間就會(huì)塌縮，形成一個(gè)黑洞。

這聽起來違反常識(shí)，但想一想，黑洞雖是很極端的天體，但它們也遵從和其他物體一樣的基本法則。不管這個(gè)世界的真面目如何，我們知道它復(fù)雜且多變，黑洞極有可能就是人類理解現(xiàn)實(shí)的鑰匙。

（選自2020年第7期《創(chuàng)意世界》，本刊有刪改）