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黑洞是宇宙中最强大的天体

强大到能够将恒星撕裂成原子尺寸的碎片

这听起来很恐怖

但是黑洞还有其他的一些更可怕的性质

它可能能够“删除”宇宙本身

[音乐]

黑洞简介

黑洞是将极大量的物质压缩到一块极小的空间内产生的物体

在它的中心 引力几乎达到无限大

无论任何物体靠的太近就会被撕裂成基本粒子

就算是光也无法逃脱

所以我们认为黑洞是一块黑色的球体

如果你不慎跌入了一个黑洞

直到你穿过它的外层边界——事件边界之前，没什么坏事会发生

你可以想象为在一个尽头为无限高的瀑布的河流里游泳一样

在你不可阻挡的漂流时

水流会变得越来越快，但却看不到瀑布本身

你可以向安全的地方游

直到你甚至都没有意识到，你到达了不可再返回的边界

不管你游的多么快，水流会将你推向绝对的死亡

当靠的太近，没有任何事物能够逃脱黑洞这个“瀑布”

这个边界完全将黑洞从其他宇宙空间中隔离了开来

我们不可能靠近它

除非我们做好了一去不复返的准备

所以我们不知道黑洞内部是什么情况

但是我们却对黑洞的边界略知一二

黑洞缓慢地将自己的质量向外辐射

就像一个火炉上的水锅 缓慢地丧失水汽一样

这叫做霍金辐射

黑洞不断地极缓慢地丧失自己的一小部分质量

这一过程极其漫长

对于一个太阳质量的黑洞

它需要10^58年来丧失它0.0000001%(10^-7%)的质量

这一过程全无间断并且不可阻拦

随着时间推移，这一过程不断地加速

在遥远遥远的未来

当宇宙中最后一颗恒星死亡数万亿年后

黑洞会变得越来越小

直到它完全蒸发消失掉

只留下一点点的辐射

这里有一个问题

在黑洞不断蒸发的过程中

它有可能会“删除掉”一些基本的东西——信息

2.什么是信息？

信息不是什么可以触碰的实体

它通常被理解为是有关粒子排列的一种属性

什么意思？

想象一堆碳原子

将它们组合起来 你得到了木炭

用不同的方式组合起来 你得到了钻石

原子还是那些原子 改变的是信息

如果变得复杂一些，再加上一些原子

我们得到了一个香蕉 用不同的方式组合起来

得到的是松鼠

组成宇宙中的所有物体的粒子都是一样的

它们并不关心自己是一只鸟的一部分，还是一块石头

或是一杯咖啡

没有信息，宇宙中的所有物体

都是一样的

根据量子力学中的理论

信息是不可被摧毁的

它可以改变形态，但它绝对不会丢失掉 举个例子

如果你把一张纸烧成灰

这堆灰永远不会再自然变成纸

但是如果你能将灰中的每个碳原子都小心地收集起来

并且能够准确的测量烟雾和热辐射中的所有属性

理论上你能重构这张被烧掉的纸

这张纸的信息还存在在这个宇宙中

它没有丧失,只是难以读取罢了

如果你能准确的测量宇宙中的每个粒子和辐射波的属性

你可以追踪曾存在的每一比特信息

理论上讲 可以追追溯到宇宙大爆炸时期

这时，黑洞来搅局了

信息告诉我们事物之间的不同性

以及事物过去的形态

黑洞则做了相反的事情 它吸收不同的事物，然后将它们完全同质化

黑洞摧毁了信息

这引出了信息悖论

而且这是一个很严重的问题

信息悖论

信息不可摧毁是我们所有已知物理定理的基础

存在与不存在

没有信息

任何事情都变得“相对”了

当讨论到我们对现实的理解 我们需要“绝对”

我们如何解决这个悖论？

有几个可能方案

1.信息的确丧失了

永远不可重新获取

这意味着我们将不得不重新审视物理学

放弃掉所有已经十分完备的领域

而那些新的物理学定理会是什么样的

以及它们对我们意味着什么 没人知道

这听起来有点吓人，但也有一点令人兴奋

2.信息被藏起来了

也许黑洞的一小部分分裂开来，并形成了一个“婴儿宇宙”

所有信息将会转移至这个奇怪的新宇宙

并且我们永远无法观测或接触它 但理论上信息不会丢失

这就像是一个存储着家庭相册的坏掉的硬盘

你将永远无法访问其中的内容

当然信息没有丢失是很好 但也没什么用处

亦或者黑洞在其生命结束后并不会完全消失

它会留下一小部分——信息钻石

就像是一辆充满着无数信息小丑的小丑车

但或许也有第三种可能 信息很安全

没有丢失也没有被隐藏

也许只是我们思考的方式错了

我们知道黑洞会“困住”

并且还可能删除信息

但我们也不知道黑洞还会对信息做些什么

黑洞在哪里存储它的信息？

宇宙大扫除

我们先用一些脏衣服来创造一个黑洞

首先我们用装满脏衣服篮子来充满一个房间

你的脏衣服越多，你的篮子就越多

但在某一点 每个篮子都已经满了

房间也已经被充满了

无法再容纳任何一只脏袜子了

这时这个房间达到了最大容量

但如果我们继续用大量能量去压缩这些衣物

这个房间会塌缩，形成一个黑洞

但这个房间的容量还是没有变 充入更多信息仍然不可能

所以当我们继续加入衣物时，会发生什么？

房间本身会变得更大一些

来为新的信息腾出空间

这表明了黑洞会在表面扩张一点点来承载我们扔给它的信息

简单来说 更多的信息=更大的表面积

这种“画”信息的方式

像是我们把一块石子扔到水池中的情况一样

在石子沉到池底以后，我们看不见它了

但我们能通过水池表面的水波纹判断得到有什么东西刚刚掉进去了

即使是最小的黑洞

能在它的表面上存储比整个人类历史中创造的还要更多的信息

它通过将信息转为为极小极小的片段这种方法来存储巨量的信息

黑洞是终极强大的硬盘

这好像就是将纸质书换成电子书一样

两种看起来完全不同的事物 但内容却一样

仅仅是被编码并且被以另一种方式记录下来而已

黑洞吞噬恒星和行星

就像电子书存储一整个图书馆一样

这种情形叫做全息原则

如果这是正确的

那么我们所理所应当的一切都可能是错误的

整个宇宙是一个全息图像

如果信息真的被存储在黑洞的表面

那么霍金辐射就有可能

获取在表面的信息

并且将其携带走

所以信息在黑洞消失时不会丧失

我们也不需要重新开始物理学研究

信息悖论解决了

但我们仍然需要从根本上改变我们对现实的理解

如果任何掉入黑洞的事物的信息

都被存储在视界上

这意味着三维事物在二维平面上被成功编码

我们称之为全息图

全息图就像是一个3D照片 一个二维平面编码

存储了一个三维图片

黑洞像是一个全息图像

因为所有其内的事物都被编码存储在

它的事件边界上

一个在黑洞内的人将会体验一般的三维生活

但在外面的人看来

他只是一个在表面上的二维图片

这个听来很违反常识

但请多想一想

黑洞是很极端的天体

但它们也遵从和其它物体一样的基本法则

所以如果这个疯狂的二维三维理论对黑洞成立

那么它也可能对整个宇宙 包括你成立

因为一个黑洞内的人不会意识到

他们被编码在平面上 我们也可能一样

你其实可能在宇宙边缘 被拉伸到一个超薄屏幕上

这之后的科学原理极其复杂且难以理解,牵扯到玩具宇宙

弦理论、以及大量的数学计算

我们将在另一个视频中讨论这些

不管这个世界的真面目如何

我们知道它复杂且多变

物理学需要更长远的发展去理解这些

但黑洞有可能就是我们理解现实的钥匙

这个视频由Swiss National Science Foundation(瑞士国家科学基金会)所赞助

并由Alexsandro Sandrini提供科学援助