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[科普]如果你掉進黑洞, 會發生什麼事情

天理何在 | 2016-02-18 22:15:16 | 巴幣 554 | 人氣 1384

任何人都可能不幸掉進黑洞,也許你是在為了全人類的福祉而尋找一個可殖民的行星,也許你只是不小心跌倒了。
不論是上述何種情況,我們總會遇到這個歷久不衰的問題:如果掉進黑洞,我會發生什麼事?

你也許會被壓扁成新東陽肉鬆,或是短命百碎。但現實狀況更為奇妙。
跌進黑洞的瞬間,現實會分成兩條世界線。一個是你被燒成臭灰搭的世界,另外一個則是你毫髮無傷的世界。


所有我們已知的物理法則都在黑洞中失效,愛因斯坦告訴我們,重力會影響空間。只要一個物體的密度夠大,時間與空間將變得極度扭曲,導致一個"洞"在宇宙中形成。

質量夠大的恆星在用完所有可以維持密度的燃料之後,將會因為自身質量而向內塌陷成一個時空薄膜上的一個洞。重力場變得極端強大,連光都無法逃脫,而這個曾有過恆星佇立的地方,變成一個極致黑暗的角落。
"黑洞的深處是時空的極致扭曲"

黑洞的外緣區域就是事件地平線,重力場對光子的影響範圍,再近一點就無法逃離黑洞的魔掌。
事件地平線散發著能量,量子效應在黑洞的邊緣製造出一連串的熱粒子,散發到宇宙中。
我們稱其霍金輻射,名緣由於史蒂芬 ‧ 霍金的預測。只要時間足夠,黑洞將會輻射掉本身的質量,並且消失。
越往黑洞裡面,空間就變得更為扭曲,直到黑洞中心,空間扭曲來到了無限大的地步,也就是奇異點。空間與時間不再有意義,物理法則在時空失效之下也變得無用武之地。

在奇異點有什麼? 沒人知道。另外一個宇宙? 虛無? 書櫃的背後? 這是個神祕的問題。


如果你不幸掉進了宇宙馬桶,讓我們先從你的夥伴開始,名字叫露西。她親眼見證了你無助地被吸進黑洞,她雖安身在外。但露西的觀點即將有所改變。

你加速前往著事件地平線,露西看見你身形扭曲,好似他在用超大望遠鏡看著你一樣。更神奇的是,你越往地平線,你看起來動作就變得更慢。
"在你跨越黑洞之前,你已經化成灰燼"

你沒辦法用吼的,因為太空沒有空氣,但是你可以嘗試用iPhone打個摩斯信號(有專門的app)給露西。你的訊息變得越來越慢,光波變得越來越低,紅移變得越來越紅,直到訊號變成了這樣"我 很 好,窩  很  好,沃   狠   豪....."

在碰到地平線的那瞬間,露西看到你靜止不動,就像有人按下了esc來暫停一樣。
你就這樣卡在那邊,毫無動靜,貼在事件地平線直到一個灼熱之光吞噬你。
根據露西的說法,你正慢慢地被空間、時間還有霍金輻射之火給吞噬掉。在你進入黑洞之前,你已經化成灰了。

在籌辦你的葬禮之前,我們只有看到露西的視角,現在用你的視角來看看整件事情的不同面相吧。形奇非常,乃為無物


你就這樣駛進了宇宙中最可怕的地方,沒有碰撞、沒有空間扭曲、沒有減速、更沒有輻射之火。你正在自由落體,因此你感受不到重力;愛因斯坦稱其為他最快樂的一個想法。畢竟事件地平線不是漂浮在宇宙中的磚頭,它是一個因觀點而變的產物。

外界的觀察者無法看穿黑洞,但你可感覺不到地平線的存在。

如果黑洞再小一點,你就有麻煩了。重力將會把你扭曲成義大利麵。但你真的很幸運,這個黑洞比太陽的質量要大上一萬倍,所以義大利麵之力在此是無足輕重。事實上,在一個大黑洞裡,你可以安心地過完人生,或是直到你死在奇異點。

"黑洞中毫無轉圜之地"
考量到你正在被吸進時空連續體的破洞,這樣的單程旅行到底有多悠閒?
不過請仔細思考一下,我們都知道感覺,感覺並非來自於空間,而是時間。
時間只會往前行,不會向後,而我們無力去阻止時間的流逝。
這不只是修辭譬喻而已。黑洞扭曲時間與空間的程度如此地大,地平線內的時空角色實際上是互換了。某方面來說,時間將你推向奇異點點。你無法轉身逃離黑洞,就如同你無法回到過去一樣。
在這緊張時刻,也許你會想問:露西到底是看了三小?  如果你在黑洞裡面很安全,不過就是被奇怪的空間給包圍,為什麼她堅持你已經被輻射燒成灰了呢?
她嗑太多大麻了嗎?

"雖可存於異地,但只有一體"
很可惜,露西沒有嗑大麻,她的神智很正常。從她的視野來看,你已經是骨灰的灰了。她甚至還能把你的灰燼收集起來,然後送給你親愛的家人。

事實上,自然法則需要你在露西的視角中出現,因為在量子物理學中,資訊永遠都不會消失,所有用來描述你的存在的資訊,必須留下黑洞之外,除非露西的物理法則被打破。

說起來,物理法則也要求你必須正常跨過地平線。否則你就褻瀆了愛因斯坦的快樂想法以及廣義相對論。
物理法則使你必須在黑洞外時是一堆骨灰。而在黑洞內毫髮無傷。最後,物理法則說:資訊不能複製,你可以存在於在兩個地方,但是本尊只能有一個。
套用物理法則得出的結論似乎都不是很符合常理,物理學家管這叫黑洞資訊矛盾,很令人灰心喪氣的那種矛盾。幸運的是,在90年代時他們找到了一個方法解決問題。

"現實於否,全看個人觀點"
李奧納特·色斯金了解到,從來就沒有什麼矛盾,因為沒有人看到你的複製人。連露西都只看到化成灰燼的你。而就只有你自己才看得到自己。你跟露西不能互相比較,也沒有能穿梭於黑洞的第三者能幫你查證。所以囉,物理法則沒有失效。

除非,你想知道哪個版本的故事是真的,你是死了還是活著?
黑洞展現給我們的秘密就是,沒有真正的現實世界。現實取決你問的人是誰,露西的現實又或是你的現實。故事結束。

至少差點結束了。2012年的仲夏,一群被稱為AMPS的物理學家設計了一個思想實驗,打破了我們對黑洞的認知。

他們發現色斯金的矛盾關鍵在於,任何你跟露西的爭議都被事件地平線給擋下來了。露西是否看見那個你被霍金輻射燒成渣的雖小事實無關緊要,因為地平線防止她看到另外一個版本的你漂浮於黑洞中。

要是,要是露西能看見地平線的另外一端,而不用自己冒險呢? 相對論會說不行,但是量子力學讓整個規則都變得有點灰色地帶。
露西可以藉由愛因斯坦所描述的"詭異的超距作用"來達成偷看地平線的成就

兩組不同的粒子,分隔於空間之中,不知為何糾纏在一起。他們屬於同一個不可見的整體,用於描述粒子們的資訊無法只從一組粒子中完全得知,除非你得知超距作用如何運作。

AMPS的想法如下,露西在地平線附近獲得了一點資料,我們稱這個資料為A。
如果露西的版本正確,你葛屁了,被燒成灰了,那麼A必須跟另外一個資料,稱作B進行糾纏,B則是霍金輻射的產物。
另外一方面,如果你的故事為真,沒有葛屁也沒有被燒成灰。那麼A就得跟C進行糾纏,C存在於黑洞的內部中。
矛盾來了,每部分的資訊都只能糾纏一次,A的糾纏非B即C,可不能搞3P。

露西把她那部分的資訊A丟進了糾纏解碼機,答案要不就是B不然就是C。
如果答案是C,你沒葛屁,但量子力學的法則就這樣很不幸地被打破了。
如果A與C糾纏,而C就在黑洞中,那就代表那段資訊已經永遠無法為露西所知。這違反量子力學中的法則:資訊無法遺失
那麼答案就剩下B了,露西的機器發現A跟B糾結,那麼你葛屁了,而廣義相對論也跟著你一起葛屁了。倘若A真與B糾纏,那麼露西的版本才是正確的。你已經被燒成灰了。現實說你撞上了火焰之牆,永遠的變成灰。
我們又回到原點了:跌進黑洞後到底會發生什麼事情?  到底是活下來還是死翹翹?
你的存活是因人而異還是只有撞上火牆一途?

沒人知道答案。而這問題已經比富堡機車行造成的爭議還大。
物理學家花費了一個世紀以上的時間,試圖將廣義相對論與量子力學結合起來,至少結果會是其中一方能夠解決火牆矛盾的答案,並且拓展我們在宇宙理論的視野。
其中一個關鍵就是露西的解碼機器,解碼糾纏過程是一項極其複雜的問題。
普林斯頓大學的丹尼爾哈洛教授以及史丹福大學的派屈克 ‧ 海登教授的疑問在於解碼過程到底要多久?
2013年他們計算出了,即使是物理法則所允許最快的電腦,也要極長時間才能解碼糾纏。等到露西真的成功解出來了,黑洞也早就已經蒸發了。

如果真是如此,純粹的極致複雜就能防止露西找出故事的真相。兩個故事都是真的,只憑觀察者的角度而有所不同,物理法則安然無恙,沒有人需要去撞火牆。

這又給了物理學家一些新想法:複雜計算(如露西的機器)以及時空之間的關連。這也許是通往物理路上的一道門。

以上就是黑洞的相關。他們並非只是星際旅行者的障礙物。他們也是能夠放大物理法則的矛盾理論實驗室,使之無法被簡單忽略。

如果宇宙的本質藏於某處,它最有可能深藏於黑洞中,不過最好還是在外面觀賞就好。或是至少等到他們想到如何解決火牆難題。也可以送露西進火牆,是該她上了。

創作回應

ROUTE-666
神作 我不知道該說什麼了 我落淚了~!
2016-09-12 23:48:32
悪魔城ミラボレアス
有趣
2019-05-16 14:20:26

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