扭曲的时空 鬼魅般的黑洞

“鬼魅般的远距作用”

    在2012年的夏天，一个物理学家小组（包括4名成员：Ahmed Almheiri，Donald Marolf，Joe Polchinski 以及James Sully，简称AMPS）设计出一项思想实验，它可能将会彻底颠覆我们对黑洞的认识。

    AMPS小组意识到，苏斯坎德的解决方案完全基于一个前提，那就是黑洞的事件边界将可以调和你和安妮所见的不同事实。你安全的漂浮在空间里，而安妮看到你化为了一团灰烬，这不要紧，因为安妮看不到位于事件边界另一侧的那个你。但是，假如安妮找到了一种方法，可以在并不需要亲自穿越事件边界而得知这一边界另一侧情况的方法，那将会怎样？

    简单的应用相对论，那么这个问题将不能成立，但量子物理学原理让这个问题变得比我们设想的更加复杂。安妮或许可以窥见事件边界后的一丝隐情，她采用的方法就是被爱因斯坦称作“鬼魅般的远距作用”（"spooky action-at-a-distance"）的一种现象。

    这就是量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离，但却诡异地相互联系（“纠缠”）。它们同属于一个单一而不可分的整体，因此对其进行描述的信息无法在它们其中的任何一个粒子身上找到，而在于如鬼魅般将它们两者联系在一起的那种“纠缠”之中。

    AMPS小组的思想实验正是基于此——设想安妮掌握有靠近事件边界的一组信息，称之为A。如果她的故事是正确的，你已经在黑洞边界附近化为灰烬，那么信息A必定与另外一组信息B之间存在纠缠，信息B应当与那团高温粒子流有关。

    而在另一方面，如果你的故事是正确的，你在事件边界的另一侧安全地存活着。那么信息A则必须与另一个不同的信息C相互纠缠，这个信息C应当与黑洞内部的某种东西有关。

    这里就出现了矛盾：每一组信息都只能被关联一次。也就是说信息A只能在B和C之间关联一次——要么与B纠缠，要么与C纠缠，不能两者同时。

    因此安妮手里握有信息A，并将它放入她的手持式纠缠解译机，此时这台机器将会显示答案：要么B，要么C，而不会是两者同时显示。

    如果显示的答案是C，那么你的故事胜出，但量子物理学原理将会崩溃。如果信息A与深入黑洞内部的信息C相互纠缠，那么对于安妮而言，她所掌握的信息A从此将永远消失，这就违背了量子物理学所规定的信息不可丢失的原则。


    那么如果显示的结果是B呢？如果解译机器显示的答案是B，那么安妮的故事胜出，但爱因斯坦的广义相对论将会崩溃。如果信息A与信息B相互纠缠，那么安妮的故事就是真实的版本，也就是说你真的已经化为灰烬，而不是安然无恙地通过事件边界，就像广义相对论所要求的那样——你遭遇到一堵真实存在的“火墙”。

    这样一来，我们就被迫回到我们最初开始的地方：当你坠向一个黑洞时究竟会发生什么？你会安然无恙地通过事件边界？还是会在下落过程中一头撞上“火墙”而化为灰烬？没有人知道答案，这已经成为基础物理学领域最持久的难题之一。


    事实上，物理学家们已经花费超过100年时间试图调和广义相对论与量子原理之间的矛盾，他们知道最终这两者之间必定将会有一个做出让步。黑洞带给我们的这一悖论或许将帮助我们判断究竟哪一种理论将做出让步，并指引我们找出掌管宇宙运行的更深层次上的基本理论。