有什麼講黑洞的書（讀書黑洞旅行指南）

2023-07-22 01:16:48

《黑洞旅行指南》

[美]珍娜·萊文著

劉明軒譯

博集天卷|湖南文藝出版社2022年出版

黑洞是當代科學裡極具挑戰性的現象，它也是我們理解整個宇宙的方向標。無數恆星的微光點亮了宇宙虛空，而無數不可見的黑洞則藏匿於恆星間隙。我們正繞著銀河系中心的一個黑洞旋轉，與此同時，也正向仙女座大星系中心的另一個黑洞緩慢靠攏。作者撥開億萬光年的星際迷霧，與讀者共賞黑洞奇妙絕倫的特質，改變對黑洞的認知。

黑洞是完美無缺的

黑洞，令人折服。

不僅因為黑洞是死亡恆星，會蠶食鄰近星體，吞噬整個星系，並在極其漫長的時間後獵殺下一個目標，也不僅因為黑洞點燃了已知宇宙中最強大的引擎，是匯集了物質殘餘和混亂的旋渦，還因為黑洞是完美的。往黑洞裡面扔一顆恆星、一座山，或一隻山羊。隨著質量在黑洞內部積累，時空會進行相應的調整。

黑洞事件視界因此發生了輕微形變，但這種變形很快就會消失。也就是說，引力波會帶走所有形變，讓外部視界恢復原有的平滑和完美。

「黑洞沒有毛。」約翰·惠勒打趣道。你不可能推斷出黑洞內部除了質量、電荷和角動量之外的任何其他特徵。不然這些信息就會像線一樣從黑洞中發射出來，宛若黑洞長了根毛。可惜，事件視界禁止信息向外流動，因此也絕不允許黑洞長毛。黑洞沒有毛，即便是長了毛，也不會持續太長時間。你給它們植的任何毛髮都會掉進黑洞，或者被輻射到外界，使洞恢復到原初的形態。

因此，黑洞將繼續毫無特徵，完美無缺。

黑洞是幅全息圖

對我們這些生活在黑洞之外的人來說，對這個世界的觀察，包括對黑洞及其釋放的輻射的觀察，都與視界邊緣量子薄膜上積累的信息完全一致。我們曾假設信息存在於黑洞內部，但實際上，黑洞將信息編碼在了自身的邊界上。或許你會認為球體要比其邊界能夠囊括更多的信息。事實上，這個想法是錯誤的。球體體積無法容納那麼多的信息，我們從數學計算中可以得知，黑洞的信息量隨著視界表面積的增加而增加，與視界內的體積無關。你永遠不可能往黑洞裡塞進比黑洞邊界（也就是事件視界）所能存儲的更多信息。

上述推理的必然結論便是，黑洞是幅全息圖，也就是使用二維編碼來投射出的三維影像。

請嘗試說服你自己，黑洞將所有信息都編碼於邊界之上。黑洞內的三維空間只不過是一種浮華、一種虛擬投影、一種派對上的假把戲。宇宙中任何一處空間都不如其邊界所能包含的信息多。如果你真的敢於嘗試，你或許有機會製造出一個黑洞。

我們已經知道了黑洞能容納的最大信息量：事件視界所能編碼的信息。不僅僅黑洞是幅全息圖，整個世界也是一幅全息圖。全息原理的出現似乎順理成章，意義深遠，卻又違反了我們的直覺，令人不安。儘管數學上已經接近精確證明，但全息原理仍然僅僅是一項猜想。

黑洞既是我們的歷史，也是我們的未來

黑洞會首先脫胎於嬰兒宇宙的原始物質湯，也會陪伴著垂垂老矣的宇宙一同走向生命的盡頭。

黑洞作為我們已知最重的一類基本粒子，可能在宇宙大爆炸後最早也最短暫的時刻就被創造出來了。原始黑洞生活在熾熱得無法辨別出物質實體的等離子體濃湯中，隨後便劇烈爆炸，在早期宇宙中消失殆盡。迅速膨脹的早期宇宙很快就冷卻了下來，因而無法重新獲得製造黑洞所需的巨大能量。隨後，更加大型的黑洞便出現了，隨著原始物質湯的波動和一系列關鍵步驟的轉變，生長中的胚胎世界正逐漸獲得我們目前觀察到的宇宙的某些特徵。數百萬年後，超大質量黑洞將直接從冷卻的緻密物質殘渣中坍縮形成，而完完全全跳過恆星爆炸的階段。