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        為什么黑洞能夠刪除宇宙

        2021-12-01 17:17:21文歐
        初中生世界 2021年14期
        關(guān)鍵詞:事理天體黑洞

        文歐 攀

        黑洞是宇宙中最強(qiáng)大的天體,強(qiáng)大到能夠?qū)⒑阈撬毫殉稍映叽绲乃槠?。這聽起來很恐怖,但是黑洞還有其他一些更加可怕的能力,它也許能夠“刪除”宇宙本身。

        先讓我們來看看黑洞到底是什么。黑洞可以看作是極大量的物質(zhì)壓縮到極小空間內(nèi)的天體,在它的中心,引力幾乎達(dá)到無限大。任何靠它太近的物體都會(huì)被撕裂成基本粒子,就算是光也無法逃脫,所以我們認(rèn)為黑洞就像是一個(gè)黑色的天體。

        如果你不慎跌入一個(gè)黑洞,就像是在一條下游是無限高的瀑布的河流里游泳一樣。你在不斷往下漂流時(shí),水流會(huì)變得越來越快,卻看不到下游的瀑布。你可能沒有意識(shí)到,自己在逐漸靠近不可返回的邊界。這個(gè)邊界完全將黑洞從其他宇宙空間中隔離開來。我們不能靠近它,除非做好了一去不復(fù)返的準(zhǔn)備。所以我們不知道黑洞內(nèi)部是什么情況,但對(duì)黑洞的邊界略知一二。黑洞正在緩慢地將自己的質(zhì)量向外輻射,就像一個(gè)火爐上的水鍋緩慢地喪失水汽一樣,這叫作霍金輻射。黑洞極緩慢地喪失自己的一小部分質(zhì)量,過程極其漫長。對(duì)于一個(gè)太陽質(zhì)量大小的黑洞而言,它需要10的58次方年來喪失它0.0000001%的質(zhì)量。

        在很遙遠(yuǎn)的未來,當(dāng)宇宙中最后一顆恒星死亡數(shù)萬億年后,黑洞就會(huì)變得越來越小,直到完全蒸發(fā)消失掉,只留下一點(diǎn)點(diǎn)輻射。在黑洞不斷蒸發(fā)的過程中,它有可能會(huì)“刪除”一些基本的信息。那么,什么是信息?信息不是那些可以觸碰的實(shí)體,它通常被理解為有關(guān)粒子排列的一種屬性。這是什么意思呢?想象一堆碳原子,將它們組合起來可以得到石墨,用另一種方式組合起來,卻可以得到鉆石。原子還是那些原子,但信息發(fā)生了改變。組成宇宙中的所有物體的基本粒子都是一樣的,它們并不關(guān)心自己是一只鳥的一部分,還是一塊石頭或一杯咖啡的一部分。如果沒有信息,宇宙中的所有物體都是一樣的。根據(jù)量子力學(xué)的理論,信息是不可摧毀的,它可以改變形態(tài),但絕對(duì)不會(huì)丟失。舉個(gè)例子,你把一張紙燒成灰,如果能將灰中的每個(gè)碳原子都小心地收集起來,并且能夠準(zhǔn)確地測(cè)量煙霧和熱輻射中的所有屬性,理論上就還能重構(gòu)這張被燒掉的紙。這張紙的信息還存在于這個(gè)宇宙中,它并沒有喪失,只是難以讀取罷了。如果你能準(zhǔn)確地測(cè)量宇宙中的每個(gè)粒子和輻射波的屬性,便可以追蹤曾存在的每一比特信息,理論上可以追溯到宇宙大爆炸時(shí)期。

        但這時(shí),黑洞來攪局了。信息告訴我們事物之間的不同性以及事物過去的形態(tài),黑洞則在做完全相反的事情。它吸收不同的事物,然后將它們完全同質(zhì)化。黑洞摧毀了信息。這引出了信息悖論,而且是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。信息不可摧毀是我們所有已知物理定理的基礎(chǔ)——存在與不存在。沒有信息,任何事情都變得“相對(duì)”了。討論到對(duì)現(xiàn)實(shí)的理解,我們需要的是“絕對(duì)”。我們?nèi)绾谓鉀Q這個(gè)悖論?

        有幾種可能發(fā)生的情況:第一種,信息的確喪失了,永遠(yuǎn)不可重新獲取。這意味著我們將不得不重新審視物理學(xué),放棄所有已經(jīng)十分完備的理論。第二種,信息被藏起來了。也許黑洞的一小部分分裂開來,形成了一個(gè)“嬰兒宇宙”。所有信息會(huì)轉(zhuǎn)移至這個(gè)奇怪的新宇宙,并且我們永遠(yuǎn)無法觀測(cè)或接觸它,但理論上信息不會(huì)丟失。這就像是一個(gè)存儲(chǔ)著家庭相冊(cè)的壞掉的硬盤,你將永遠(yuǎn)無法訪問其中的內(nèi)容?;蛟S還有第三種,即信息很安全,沒有丟失也沒有被隱藏,只是我們思考的方式錯(cuò)了。我們知道黑洞會(huì)“困住”并且還可能刪除信息,但并不知道黑洞還會(huì)對(duì)信息做些什么,比如黑洞在哪里存儲(chǔ)信息。這就像進(jìn)行“宇宙大掃除”。我們先用一些臟衣服來創(chuàng)造一個(gè)黑洞——用裝滿臟衣服的籃子充滿一個(gè)房間。你的臟衣服越多,籃子就越多。但在某一點(diǎn),每個(gè)籃子都已經(jīng)滿了,房間也已經(jīng)被充滿了,這時(shí)房間達(dá)到了最大容量。但如果我們繼續(xù)用大量的能量去壓縮這些衣物,房間就會(huì)塌縮,形成一個(gè)黑洞。

        這聽起來違反常識(shí),但想一想,黑洞雖是很極端的天體,但它們也遵從和其他物體一樣的基本法則。不管這個(gè)世界的真面目如何,我們知道它復(fù)雜且多變,黑洞極有可能就是人類理解現(xiàn)實(shí)的鑰匙。

        (選自2020年第7期《創(chuàng)意世界》,本刊有刪改)

        鑒賞空間

        黑洞能夠刪除宇宙,這聽起來多么荒謬。然而,讀完這篇文章,我們卻明白了作者為什么會(huì)這么說,以及可能發(fā)生的幾種情況:1.信息的確被黑洞摧毀了;2.黑洞把信息藏了起來;3.信息很安全,既沒丟失,也沒被隱藏,只是我們思考的方式錯(cuò)了。文章采用合理的說明順序,一方面充分展現(xiàn)了事理本身的特征,另一方面也符合人們認(rèn)識(shí)事理的客觀規(guī)律。

        本文運(yùn)用簡潔明了的語言來解析晦澀難懂的科學(xué)知識(shí),激發(fā)了讀者的閱讀興趣。讀罷此文,同學(xué)們是不是有了探索宇宙、增加知識(shí)、改變思維、擁抱未來的強(qiáng)烈愿望?

        讀有所思

        1.本文采用了哪種說明順序?有什么妙處?

        2.闡釋事理時(shí),本文主要采用了分類別的方法,你能找出來嗎?讀一讀,說說它有什么作用。

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