在宇宙的秩序与混乱中,热力学第二定律指出:任何孤立系统的混乱度,用“熵”衡量,总会不断攀升——这一规律像一支无形的时钟,为浩瀚宇宙刻画出时间的流转。



然而,当广义相对论闯入科学的殿堂,一个微妙而尴尬的矛盾开始浮现:1939年,奥本海默依据爱因斯坦的方程式,预示着某类巨大的星体会在生命终结时,坍缩为引力深渊,强大到连光也无法挣脱,物质在那里无穷堆积,时空被弯曲至无限,超越了人类的理解范畴。

1969年,约翰·惠勒为这种未知实体赋予了名称——“黑洞”,并提出黑洞仅有三个守恒量:质量、电荷与角动量,其他物理属性则被巨大的引力“撕裂”在黑洞的事件视界之内——这一设想在1973年经霍金等人之手得到证实,即著名的“黑洞无毛定理”。

于是我们设想,倘若将高熵的物质,比如一颗炽热的恒星,整个投入黑洞,其属性会被涤荡得如此纯粹——那么,恒星的熵又去了何方?



坚守热力学第二定律,则我们不得不承认,黑洞必定也携带着熵,有了熵便存在温度。

有温度,便应有辐射——然而,连光都无法逃脱的黑洞,又怎能放射出能量?此一难题,着实令人尴尬。

然而到了第二年,霍金,这位已经无法言辞表达思想的科学家,揭示了黑洞向外排放能量的新途径——那便是声名更为显赫的“霍金辐射”。为理解这一辐射现象,我们需借助量子力学的几块铺垫。



在经典的物理学中,宇宙的物质与能量既不会无中生有,也不会无疾而终。

例如,电子与其反粒子正电子相遇会同时湮灭,转化为光子,这些光子携带的能量恰好等同于两个电子的质量,而能量极高的光子亦有可能在量子世界中突然分裂为一对电子与正电子——但在微观的量子领域,情况变得模糊不清。在不确定性原理的庇护下,真空也能够无中生有一对正反粒子,并在极短的瞬间相互湮灭——只要这一过程所涉及的粒子质量与存在时间的乘积不超过普朗克常数,这对粒子便会因为“测不准”而无法被观察,从而不会违背质能守恒定律。我们称这类粒子为“虚粒子”。



虚粒子现象揭示了真空并非虚空,而是被连续涌现的虚粒子所充斥——尽管这听上去荒诞不经,但现代物理正是通过虚粒子的概念,完美解释了种种相互作用现象。

然而,霍金辐射提出,在黑洞的事件视界边缘,这些真空中诞生的虚粒子突然有了变为实粒子的可能:尽管这一正一反两个粒子的存在时间极为短暂,但它们有可能在靠近黑洞视界的情况下被吸入其中。

特别是,这样的坠落不一定同时发生,其中一个粒子或许并未落入视界,因为它已无伴可湮灭,能够在宇宙中长久存在。当它脱离黑洞时,便表现为黑洞所发出的辐射,即霍金辐射。

进一步来看,虚粒子对中的某一粒子实化,其获得的质量实际上源自黑洞——因此,从长远角度来看,所有的饥饿黑洞都将因霍金辐射而蒸发消散——正如霍金在2016年所述,“只存在灰洞,而非黑洞”。

霍金辐射不仅解决了“黑洞熵”的难题,还为我们带来了全新的宇宙观:熵在描述物体状态时蕴含了物体的全部信息。当物体坠入黑洞时,这些信息便被镌刻在了黑洞的事件视界之上。



这意味着,视界之内整个三维空间的所有信息都被编码在了这一二维表面之上,落入黑洞并不等同于湮灭。

因此,一种基于弦理论的全息宇宙论被提出:我们的世界是另一个“高维”世界的全息图,我们所体验的三维空间不过是低能状态下的一种宏观表述,甚至可以设想,我们或许就居住在一个黑洞的内部——这着实是一项令人遐想的构想。

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