霍金向天文界宣戰:所有人都錯了!落入黑洞的一切事物都會消失!丨黑洞戰爭 1丨AC茂的模

從這期開始 開一個新坑——《黑洞戰爭》
天文學和宇宙學的內容比高能物理和凝聚態物理相對容易些
也更有趣味性
如果這個系列大家喜歡的話
我可以之後再做一個純天文的系列
廢話不多說 下面進入正題
1981年到2007年間
一些物理學家們圍繞黑洞進行了一次長達20餘年的論戰
倫納德·薩斯坦德在他的《黑洞戰爭》一書中詳細記錄了這場論戰的過程
但由於他本人是做超弦的
所以這本書夾雜了不少私貨
也有諸多未經證實的猜想和假說
在這個系列視頻中
我將結合書中的內容和一些其他相關書籍資料
盡可能客觀地還原這場戰爭的全貌
這場戰爭的主要參戰者是三個人
倫納德·薩斯坦德
傑拉德·特爾胡夫特
以及斯蒂芬·威廉·霍金
黑洞戰爭不僅僅是物理學家之間的論戰
它同樣是思想的戰爭
霍金是一個廣義相對論宇宙學家
他相信愛因斯坦的等效原理
特爾胡夫特和薩斯坦德是量子物理學家
他們確信不破壞物理學的基礎
而違反量子力學的定律是不可能的
這場論戰可以看作是當年
愛因斯坦和哥本哈根學派的那場華山論劍的延續
在進入這場戰爭之前
讓我們先回到被稱為愛因斯坦奇蹟年的1905年
做一些戰備工作
在這一年
26歲的愛因斯坦一口氣發表了五篇論文
其中的三篇涉及了從經典物理學
向現代物理學轉換的兩個重要領域
狹義相對論和光量子假說
即使在現代人看來
當年的愛因斯坦依然強得令人髮指
就憑他不是用三維的空間
而是用四維的時空來審視世界
這一點就不像是個碳基生物幹的事
一些玄學愛好者堅信他是一個頓悟者
而在當年
有許多喫瓜羣眾也是這樣認為的
不過很快
愛因斯坦就證明瞭自己並不是什麼頓悟者
他也會感到困惑
在接下來的十年中
他被困在引力的迷宮中苦苦掙紮
終於在1915年才完成了狹義相對論
狹義相對論深刻地改變了關於幾何的所有傳統觀念
在我們先前的觀念中
時空是一塊被動的背景板
它的幾何性質是固定的
而在狹義相對論的框架中
時空也加入進宇宙大戲成為一名演員
一切有質量的物體都會使它發生形變
我們再把時間撥回1900年
伴隨著普朗克光量子假說的提出
另一個怪誕的理論
量子論登上了歷史舞臺
相對論和量子論雖然一同撕下了經典物理學的底褲
但是他們卻並不是一對黃金搭檔
當物理學家們把他們結合在一起的時候
衝突出現了
任何用這兩個理論結合的計算
在數學上都會出現人見人嫌的無窮大
終於 到了20世紀50年代初
朱利安 施溫格 理查德.費曼
曹永 鄭一郎和福裏滿.戴森等人
為狹義相對論和量子理學的結合奠定了基礎
量子場論誕生了
但是廣義相對論和量子理學之間的矛盾依然無法調和
費曼 斯蒂芬.溫伯格 約翰.惠勒
以及布賴斯.德威特等人
都曾嘗試量子化愛因斯坦的引力場方程
但無一例外地失敗了
這一結果並不出人意料
量子理學是關乎微觀世界的理論
而引力只對質量極大的物體才重要
世界上並不存在小的足以使量子力學有效
同時還能重的足以產生足夠大的引力的物體
因此在整個20世紀後半葉
包括費曼在內的許多物理學家都認為
所謂統一四大基本力的大統一理論毫無意義
只適合一些物理怪咖和哲學家
但是那些對統一理論抱有執唸的物理怪咖們
始終難以忍受兩個矛盾的描述世界的物理理論
他們義無反顧地踏上了量子引力的探索之路
這一段故事
我曾在《統一之路》系列中用了42期視頻詳細講述
在此就不再贅述了
量子引力處理的是質子萬億億分之一的物體
我們或許永遠也無法直接體驗如此小的東西
但是人類的好奇心和創造力
指引著我們攀登這條最艱險的道路
有意思的是
通往這條道路的入口
似乎正是我們這個宇宙中最難以理解的天體——黑洞
戰備工作到此為止
接下來我們一起進入這場黑洞戰爭的第一場戰役
故事要從一個叫沃納·埃哈德的人說起
之所以說他是一個人
是因為他有太多身份了
維基百科詞條顯示他是一個美國作家
不過他更像是一個成功的商人
據他自己回憶
20世紀70年代初
一個叫傑克·羅森堡的年輕人
在開車穿過金門大橋的時候
突然頓悟
他應該擔負起拯救世界的責任
而實現這一夙願的第一步
就是先要變成有錢人
於是他把自己的名字改為沃納·埃哈德
沃納來源於物理學家沃納·海森堡
埃哈德則來源於德國政治家路德維希·埃哈德
很快
他就實現了變成有錢人這個小目標
在舊金山購買了一座頂層公寓
接下來
他把自己包裝成一個心理學家
把公寓改名為埃哈德研討會培訓中心
也就是大名鼎鼎的AST
AST起初並沒有什麼突破性的創意
和其他致力於拯救世界的組織一樣
他很快就向著傳統邪教的方向發展
每天都會有許多焦慮的
有社交恐懼的人從各地趕來
在沃納的培訓中心
他們被要求16個小時不允許去洗手間
這一招確實有效
那些羞澀的參與者在培訓結束後
變得更加自信了
AST的狂熱追隨者像奴隸一樣圍著沃納
自願成為他的廚師 司機
還有各種各樣的家庭僕人
諷刺的是
沃納自己也是另一個圈子裡的奴隸
他是一個物理愛好者
他耗費了大量的資金
把一羣物理學家帶到他的公寓
並和理查德·費曼
西德尼·克爾曼
以及薩斯坦德等人成為了好朋友
1981年
沃納舉辦了一次重量級的AST會議
參與的客人包括帕克理論之父
莫里·蓋爾曼
粒子物理標準模型的奠基人
謝爾頓·格拉肖
漸進自由理論的提出者
弗蘭克·維爾切克
世界世界概念的提出者
大衛·芬卡爾斯坦
以及我們這個系列的三位主角
在薩斯坦德眼中
霍金是一個奇觀
儘管他的面部肌肉不動
但是他那淺淺的微笑是獨一無二的
天使與魔鬼般的笑容共存
投射出一種神祕的樂趣
和霍金的交流是極為困難的
他要花很長時間來回答問題
而他的回答又通常十分簡短
這些簡短的
有時甚至是一個字的回答
配上他的迷之微笑
還有他超凡的智力
會讓人感到不安
當有人向霍金提出問題的時候
他的最初反應總是絕對沉默
而最終的回答卻常常出人意料
那種會心的微笑似乎是在說
你可能沒有理解我說的是什麼
但我知道我是正確的
在AST會議期間的一天晚上
一眾物理學家們去附近的一座小山散步
霍金開著他的動力椅子一同前往
當他們走到最陡峭的路段時
他突然顯現出魔鬼般的笑容
他毫不遲疑
以最快的速度衝下山坡
其他人瞬間懵了
他們努力地追趕他
害怕他出事
當他們到達山下時
發現霍金正坐在那裏笑著
說他想知道有沒有更陡峭的山坡
可以嘗試一下
他們於是給他起了個綽號
斯蒂芬·霍金
物理學的不死天王
但是相比物理冒險
霍金更擅長思想冒險
他在沃納頂樓的公寓裏
扔下了一枚
霍金聲稱
信息在黑洞蒸發中丟失了
並且他已經完成了證明
這個言論看似平平無奇
但事實並非如此
它威脅到了現代物理學的整個體系
特胡夫特意識到
如果霍金是正確的
那麼大自然最基本的定律
信息守恆
就處於嚴重的危機之中
所以要麼是霍金錯了
要麼是已建立300年之久的物理核心不成立了
在霍金演講完一小時之後
其他人都已經離去了
只有特胡夫特仍然呆站在原地
黑板上畫著一個彭羅斯圖
它是代表黑洞的一種圖
世界是一條虛線
黑洞中心的起點是一條鋸齒線
通過世界向黑洞內部的線
代表穿過世界並落入起點的少量信息
沒有出來的線
按照霍金所說
那些信息永久地消失了
更糟糕的是
霍金證明瞭黑洞最終會蒸發至完全消失
落入的信息了無蹤跡
霍金還提出了一種虛黑洞理論
它假定真空中充滿著不可見的
瞬間起伏不定的虛黑洞
這些虛黑洞的作用就是消滅信息
即使附近沒有實黑洞
如果你瞭解過一些信息論的基礎
就會意識到信息丟失意味著什麼
信息的丟失等同於產生傷
而產生傷意味著產生熱量
也就是說
如果霍金是對的
那麼虛黑洞將會在真空中產生能量
而真空將在極短的時間內被加熱到百萬億億億度
這顯然並沒有在我們的宇宙中發生
特胡夫特雖然堅定地認為霍金是錯誤的
卻無法找出他推理的漏洞
就這樣
霍金贏得了黑洞戰爭第一次戰役的勝利
預知後事如何
且聽下回分解