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，欣賞著點點星光。突然，你被一股越來越強大的牽引力拉向一個黑暗的區(qū)域，等你回過神來，你已經(jīng)身處一個黑洞之中。

那么，如果你不幸被吸入一個黑洞中，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大，沒有任何東西（包括光線）能夠逃脫。黑洞的質(zhì)量如此巨大，以至于黑洞中的時間都開始彎曲。在你掉入黑洞時，對于外部觀察者來說，這一過程將是非常慢的。

在一片漆黑的黑洞周圍，有一圈光子圍繞著它轉(zhuǎn)動。穿過這層光子之后，就是撲面而來的黑暗。此時是你逃脫的最后機會，再前進一步，你將越過黑洞的事件視界，再也無法出來了。

在你越過事件視界后，假設(shè)你還能有力氣扭頭看一下，你會發(fā)現(xiàn)身后的所有星光似乎都聚集在一起，形成一個紅色的點，這是因為黑洞強大的引力場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，它首先不會壓碎你，而是以不同的速度拉伸你身體的每一個部位，就像扯拉面一樣。在你還沒有意識到的情況下，這一切將在瞬間發(fā)生。

接下來，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，宇宙中的熵永遠不會自動減少。因此當(dāng)你落入黑洞后，你所包含的熵也不能被抹去，必然會增加黑洞本身的熵。如果一個黑洞有熵，它必須有溫度，就像任何有溫度的物體一樣，必然會輻射熱量。

那輻射又如何從黑洞中逃脫呢？1974年，英國物理學(xué)家斯蒂芬·霍金提出了一個解決方法：認(rèn)為黑洞會出現(xiàn)一種特殊的輻射，后來人們稱之為“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，任何一個發(fā)生改變都會立即影響另一個。用量子力學(xué)的語言表述，它們是彼此糾纏的。

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

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

等待黑洞打嗝

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

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

但等待黑洞打嗝也存在致命的缺陷：黑洞進行霍金輻射的速度由熱力學(xué)定律決定，進行的輻射越多，黑洞就變得越小，進而可以出現(xiàn)的輻射就越少。當(dāng)黑洞小到足以吐出其最后一點殘余信息時，里面幾乎就不剩下任何東西了。黑洞會嗚咽一聲消失，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，如果你將命運寄托在黑洞打嗝上，你可能會輸?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”的假想物體無法容納任何物體。有一種理論認(rèn)為，每個黑洞都通過被稱為蟲洞的多維隧道，與一個白洞連接。你落入黑洞后，如果能找到蟲洞，就可以從白洞中逃出來。

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

一旦恒星坍縮形成一個黑洞，由于它的組成原子結(jié)合得如此緊密，它們開始受到量子物理定律的制約。這可能會導(dǎo)致一些奇怪和反直覺的現(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會直接穿過一個不可穿透的屏障。對于落入黑洞的粒子，理論上可以直接通過其中心密度無限大的“奇點”，然后反彈回來。根據(jù)愛因斯坦的理論，掉入黑洞的物質(zhì)無法再跑出來，但量子理論允許它隧穿出來。

這時，黑洞中的時空向外反彈，就形成了一個白洞。對于一個外部觀察者來說，這個過程需要數(shù)十億年。但在黑洞內(nèi)部，由于巨大的引力，時間會加快。你向黑洞中心跌落，經(jīng)過另一邊反彈的時間將只有幾毫秒。

將自己輻射出來

霍金認(rèn)為，黑洞在不斷地發(fā)出輻射。那么，是否可以通過霍金輻射的形式，將自己輻射出來呢？如果這種事情發(fā)生的話，將帶來一種很復(fù)雜的后果。

霍金輻射由虛粒子對組成，它們在事件視界附近閃爍，其中一個伙伴粒子被吸入黑洞，而另一個逃逸出來。但如果是這樣的話，會出現(xiàn)一個悖論。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)，但是因為霍金輻射攜帶著信息，這要求輻射出的各個粒子之間必須存在一定的糾纏關(guān)系。也就是說，一個剛輻射出的粒子，除了繼續(xù)與掉入黑洞的伙伴粒子糾纏外，還與之前輻射出來的另一個粒子相互糾纏。

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

擺脫這種量子困境的一種方法是召喚一道熾熱的火墻。這個火墻剛好存在于黑洞事件視界內(nèi)，可以打破任何掉進黑洞的粒子與輻射出去的伙伴粒子之間的糾纏。麻煩的是，這個火墻違背了愛因斯坦的廣義相對論，該理論預(yù)測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洞。這些蟲洞不是連接白洞，而是直接通往黑洞外邊。蟲洞的直徑很小，只允許單個霍金輻射的光子通過。這樣就避免了火墻悖論和信息丟失的問題。信息在從這些蟲洞中逃脫時是守恒的。更重要的是，粒子直接通過蟲洞輻射出去，就不需要利用虛粒子對解釋，從而不會違背量子糾纏的“一夫一妻制”原則。