掉入黑洞之后的離奇經(jīng)歷

阿曼達·格夫特+楊曉梅

誰都有可能碰上這種事：也許你正在太空尋找適合人類居住的新行星，也許你在地球上走著走著突然滑倒了。不管是什么情況，在某個時刻我們都會面對這樣一個古老的問題：如果掉進黑洞會發(fā)生什么？

你覺得也許會被壓死，也許會被撕成碎片，但事實會更加離奇。

近入黑洞的瞬間，會出現(xiàn)兩個事實：一個是你瞬間成為灰燼；另一個是你墜入黑洞，毫發(fā)未損。

黑洞是現(xiàn)有物理定律失去作用的地方。愛因斯坦告訴我們，重力會扭曲空間，使其彎曲。所以，如果有一個密度足夠大的物體，時間空間會嚴重扭曲，相互纏繞，在現(xiàn)實世界中“打出”一個洞。

巨大的恒星在能量耗盡之后能夠產(chǎn)生這種極端密度，進而產(chǎn)生一個扭曲的世界。它在自身重力的作用下彎曲，向內(nèi)塌陷，并使得時間空間和它一起坍塌。強烈的引力場讓光線都無法逃逸，使這顆恒星之前所處的地帶變得無比黑暗，這樣就形成了黑洞。

你在黑洞內(nèi)越墜越深，空間也會變得更加彎曲

黑洞的最外沿被稱為視界線，是引力和光“勢均力敵”的區(qū)域。在視界線之內(nèi)，光線是逃不出黑洞的。

視界線區(qū)域有巨大的能量，黑洞邊緣的量子效應(yīng)產(chǎn)生大量輻射回宇宙的熱粒子流。這是最早由物理學(xué)家斯蒂芬·霍金提出的假設(shè)，因此被稱為“霍金輻射”。在足夠長的時間內(nèi)，黑洞將最終輻射掉其所有質(zhì)量，徹底消失。

你在黑洞內(nèi)越墜越深，空間也會變得更加彎曲，直到黑洞的中心，空間變得無限彎曲，這就是黑洞的奇點。在這里，空間和時間已經(jīng)失去意義，建立在時間和空間基礎(chǔ)上的物理定律也不會產(chǎn)生任何作用。

在奇點會發(fā)生什么？沒有人知道。是另外一個宇宙、被摧毀的世界，還是一個秘密通道？至今還是個謎。

那么，如果你萬一掉入一個黑洞，究竟會發(fā)生什么？假設(shè)你有一個太空同伴——我們叫她安妮，她以旁觀者的身份無比驚恐地看著你被吸入黑洞。從她的觀察角度來看，發(fā)生的一切都變得非常詭秘。

當你加速接近黑洞的視界線時，安妮看見你被拉伸變形，仿佛你被置于巨大的放大鏡之下。此外，你越接近黑洞邊緣，你看起來移動得越慢。

在進入黑洞的黑暗區(qū)域之前，你已經(jīng)變成灰燼了

你無法向安妮呼喊，因為宇宙中沒有空氣，但你可以嘗試用iPhone上的燈向她發(fā)摩爾斯信息（有這樣的App）。然而，你發(fā)出的信息傳播得越來越慢，光波被拉伸，頻率降低，發(fā)出的信息如同“好的，好……的…… ，女……子……白……勺……”

當進入視界線時，安妮會看到你靜止不動，仿佛被人按了暫停鍵。你如同靜止的畫面一樣貼在視界線的接觸面上，巨大的熱量開始將你吞噬。

根據(jù)安妮的觀察，你慢慢被扭曲的空間、靜止的時間和霍金輻射的熱焰吞噬。在進入黑洞的黑暗區(qū)域之前，你已經(jīng)變成灰燼了。

但是，在準備你的葬禮之前，讓我們先暫時忘掉這恐怖的一幕?，F(xiàn)在，更加離奇的一幕發(fā)生了——那就是什么都沒發(fā)生。

你一路進入了自然界最不祥之地，沒有經(jīng)歷任何顛簸震蕩，當然也沒有拉伸變形、行動變緩和灼熱輻射。因為你是自由落體，感覺不到任何重力。愛因斯坦將這種狀態(tài)稱為他“最開心的想法”。

在一個足夠大的黑洞中，你可以很正常地度過余生

黑洞的視界線畢竟不是飄浮在宇宙中的實物界限，僅僅是人們這樣定義而已。黑洞外的人是看不見里面發(fā)生了什么的，但對你來說，不存在這個問題，因為你根本感覺不到有什么視界線。

的確，如果黑洞太小，就會有麻煩。你腳部受到的引力會遠遠大于你頭部受到的引力，你的整個身體就會像意大利面一樣被拉伸。但幸運的是，你掉進了一個很大的黑洞，質(zhì)量比太陽還要大幾百萬倍，所以身體受到的引力差可以忽略不計了。

事實上，在一個足夠大的黑洞中，你可以正常度過余生，直到到達奇點而死去。

什么叫正常？你可能會問。那可是被吸入了時空連續(xù)體的裂縫，強行被拖入，而且沒有回頭路。

你無法轉(zhuǎn)身逃離黑洞

我們都能體會到你的這種感覺，我們的這種體會不是來自空間的經(jīng)歷，而是來自對時間的感知。時間永遠往前走，不會后退，我們也只能跟隨時間向前走，沒有回頭路。

這不僅僅是個類比。黑洞內(nèi)部的時間和空間扭曲如此極端，以至于兩者互換角色。在一定意義上，是時間將你拉向奇點。你無法轉(zhuǎn)身逃離黑洞，正如你無法從現(xiàn)在回到過去。

現(xiàn)在，你可能會想這樣一個緊迫的問題：安妮到底出了什么問題？如果你正在空無一物的黑洞里面瑟瑟發(fā)抖，為什么她堅持認為你在黑洞邊緣就已經(jīng)被輻射烤焦？難道她產(chǎn)生了幻覺？

實際上，安妮并沒有說錯。對她來說，你的確已經(jīng)在黑洞邊緣被烤焦了，這并不是幻覺。安妮甚至可以收集你的骨灰?guī)Ыo你的親人。

事實上，自然法則要求安妮看到你處在黑洞之外，因為量子物理學(xué)認為信息永不丟失。能證明你存在的一切信息必須留在黑洞之外，否則就不符合安妮的物理常識。

你必須身處兩地，但是另一個僅僅是副本

從另一個層面來看，物理定律要求你越過黑洞邊緣，不受任何熱粒子或者其他異物的傷害，否則就違背了愛因斯坦的“最開心的想法”和廣義相對論。

這樣說來，物理定律既要求你在黑洞之外化為灰燼，又要求你在黑洞之內(nèi)安然無恙。還有第三條物理定律：信息不能被克隆。你必須身處兩地，但另一個僅僅是副本。

不知何故，物理定律把我們引向一個貌似非常荒謬的結(jié)論。物理學(xué)家把這個討厭的難題稱為“黑洞信息悖論”。慶幸的是，在20世紀90年代，人們找到了解決方法。

里奧納德·蘇士侃認為根本不存在悖論，因為并沒有人看到你的克隆體。安妮看見一個版本的你，你自己看見一個版本的你，但是你和安妮無法對證，也沒有第三者能同時看到黑洞內(nèi)外。所以，一切都符合物理定律。

“事實是什么？”這要看你問誰

除非你非要問到底哪個是真的，你究竟是真的死了還是真的活著？

根本沒有真相，這是黑洞向我們揭示的最大秘密?！笆聦嵤鞘裁矗俊边@要看你問誰。有安妮看到的事實，也有你親身經(jīng)歷的事實，事情就是這樣。

2012年夏天，物理學(xué)家艾哈邁德·阿爾姆哈瑞、唐納德·莫羅爾、喬·波爾欽斯基和詹姆士·薩里（這四人被合稱為AMPS小組）設(shè)計出一個思想實驗，幾乎顛覆了我們對黑洞的現(xiàn)有認識。

AMPS小組認為，蘇士侃提出的解決方案取決于這樣一個事實，即黑洞的視界線解決了你和安妮的不一致。安妮是否看到你因霍金輻射而粉身碎骨并不重要，因為視界線使她看不見你墜入黑洞內(nèi)部的場景。

也許安妮會看到什么

如果安妮在黑洞之外看到了黑洞內(nèi)部發(fā)生了什么，那又會怎樣呢？

相對論認為這是絕對不可能的，但是量子力學(xué)認為沒有這么絕對。安妮有可能瞥到黑洞內(nèi)部的情景，這就是愛因斯坦認為的“鬼魅般的遠距作用”。

當遠距離相隔的兩對原子神秘糾纏時，就會出現(xiàn)這種情況。它們是同一個不可分割整體的一部分，所以描述它們的信息不可能只存在于其中一組，而是存在于它們之間的“鬼魅的聯(lián)系”。

AMPS小組的想法大致如此。假設(shè)安妮在黑洞邊緣看到一些信息——我們稱其為A信息。

如果安妮看到的A是真相，也就是你命在旦夕，在黑洞邊緣的霍金輻射中掙扎，那么A肯定和另一條信息B相互糾纏，B也是熱輻射流的一部分。

如果你經(jīng)歷的是真相，也就是你在黑洞內(nèi)部安然無恙，那么A肯定與另一條信息C相互糾纏，C隱藏在黑洞內(nèi)部的某個地方。

關(guān)鍵是：每條信息只能被糾纏一次，這意味著A要么和B糾纏，要么和C糾纏，而不能既與B又與C糾纏。

所以，安妮將其獲得的信息A放入“糾纏解碼器”，就會得到一個結(jié)果：要么是B，要么是C。

你是否越過黑洞邊緣正常活了下來

如果答案是C，那么你經(jīng)歷的就是真的，但是這樣一來量子力學(xué)就是錯的。如果A和黑洞內(nèi)部的C糾纏，這條信息對安妮來說就是丟失的，違反了量子物理定律中的“信息永不丟失”。

那就剩下B了。如果安妮的解碼器讀出A與B相互糾纏，那么安妮勝出，但是廣義相對論就不攻自破了。如果A與B糾纏，就意味著安妮看到的是真的——你被熱輻射燒焦，并沒有像相對論理論預(yù)測的那樣穿過黑洞邊緣進入黑洞內(nèi)部，而是撞在了熾熱的火墻上。

這樣我們又回到了起點：當你跌入黑洞時，到底發(fā)生了什么？你是越過了邊緣正?；盍讼聛恚€是在接近黑洞邊緣時與致命的火墻迎面相撞？

沒有人知道答案，這是基礎(chǔ)物理中最有爭議的問題。

安妮需要相當長的時間才能解碼糾纏對象

物理學(xué)家用了近一個世紀的時間，試圖讓廣義相對論和量子力學(xué)和睦相處，但其中一個必須做出讓步。黑洞悖論的解決方法告訴我們哪個理論會做出讓步，并指向宇宙中更為深刻的理論。

一條線索可能就在安妮的解碼器。確定A和哪條信息糾纏是非常復(fù)雜的事情。普林斯頓大學(xué)新澤西校區(qū)的物理學(xué)家丹尼爾·哈洛和斯坦福大學(xué)加州校區(qū)的帕特里克·海登對此產(chǎn)生興趣，他們想知道到底需要多長時間。

2013年，他們計算出即使用理論上最快的計算機，安妮也需要非同尋“長”的時間來解碼糾纏狀態(tài)。當她得出答案時，黑洞也許早已耗盡能量，從宇宙消失，連同邊緣的致命火墻都無影無蹤了。

如果問題真是這么復(fù)雜，那么安妮最終不會知道哪個版本是真相。這樣一來，兩個版本同時真實，現(xiàn)實隨觀察者而變化，所有的物理定律都沒有受到挑戰(zhàn)，也不會有人迎面撞上那莫名其妙的火墻。

如果真相的本質(zhì)隱藏在哪里，最好的藏身地就是黑洞內(nèi)部

有一個物理學(xué)家可以考慮的新的視角：復(fù)雜計算（安妮明顯做不到的）和時空之間存在的讓人神往的關(guān)系——這也許是通往更深理論的大門。

這就是黑洞。它們不僅僅是讓太空游客討厭的障礙，還是理論實驗室，抓取物理定律中最微妙的不合常理，并將其放大，讓人們不得不注意到這些。

如果真相的本質(zhì)隱藏在哪里，最好的藏身地就是黑洞內(nèi)部。但我們最好還是從黑洞外面進行觀測，至少在搞明白霍金輻射這件事之前。或者讓安妮進入黑洞探尋，是該輪到她了。