什么是黑洞信息悖论?什么是平行宇宙理论?哪位高手解释一下霍金的黑洞信息悖论以及为解决黑洞信息悖论而产生的平行宇宙理论?霍金的黑洞信息悖论与后来产生的平行宇宙理论之间应该是

什么是黑洞信息悖论?什么是平行宇宙理论?哪位高手解释一下霍金的黑洞信息悖论以及为解决黑洞信息悖论而产生的平行宇宙理论?霍金的黑洞信息悖论与后来产生的平行宇宙理论之间应该是
什么是黑洞信息悖论?什么是平行宇宙理论?
哪位高手解释一下霍金的黑洞信息悖论以及为解决黑洞信息悖论而产生的平行宇宙理论?
霍金的黑洞信息悖论与后来产生的平行宇宙理论之间应该是有关联的,而平行宇宙理论与从相对论衍生出来的宇宙可能是有限大而无边界的这一理论又有矛盾之处,请哪位高手用比较通俗的语言表述一下这些理论?不要用太专业的词汇,我是门外汉.

什么是黑洞信息悖论?什么是平行宇宙理论?哪位高手解释一下霍金的黑洞信息悖论以及为解决黑洞信息悖论而产生的平行宇宙理论?霍金的黑洞信息悖论与后来产生的平行宇宙理论之间应该是
1975年,霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大,进入其边界的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸.
黑洞形成后就开始向外辐射能量,最终将因为质量丧失殆尽而消失.而这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息.这些信息应当在黑洞中保留下来.但是一旦黑洞消失,这些信息也就丧失了.
这些信息的去向之谜就构成了所谓的“黑洞悖论”.而该假说与量子物理学的理论背道而驰.
量子物理学认为,类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的.
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平行的宇宙
2004-6-5 2:55:48 Max Tegmark 阅读929次
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作者简介：Max Tegmark是美国宾夕法尼亚大学物理学与天文学教授,专业是分析宇宙微波背景辐射和星系团.他的许多工作与平行宇宙有关,包括评估无限空间及宇宙暴胀证据,深化对量子退相干现象的认识,及研究微波背景辐射涨落的幅度,时空维数和物理学基本定律随位置变化的可能性.
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如果说你在看这篇文章的时候,还有另一个你也在做同样的事情,你会相信吗?而且那个非你的你也住在一颗叫地球的行星上,那里同样有云雾笼罩的高山、肥沃的土地和星罗棋布的城市,那个地球所在的太阳系,也有另外8大行星.这个人的生活在各方面与你一模一样.不过,也许他/她现在放下了这本杂志,而你在继续读下去.

这种存在“另一个我”的想法太不可思议了,但看来在未来我们不得不接受它,因为它居然获得了天文学观测的支持.现今最简单也最流行的宇宙学模型预测,在距离地球101028米的星系里,住着“另一个你”.虽然这一距离比天文数字还大,但绝不会影响“另一个你”存在的真实性.上述估计甚至无需用到深奥的近代物理学,只需要假设空间为无限大（或至少是足够大）,而且物质在其中均匀分布（一如我们的观测所见）,就可以根据基本概率推导出来.在无限大的空间中,再怎么小的概率事件,也一定会在某处发生.这里会包括无数个适合居住的行星,其中包括无数多个地球,上面住着外貌、名字和记忆与你不谋而合的人,正以你一生所做的众多选择,上演着每一种可能的排列组合.

你或许永远也见不到这些“另外的你”.你所能观察到的最远距离,就是宇宙大爆炸后140亿年来光所跑的距离.目前可以看到的最远天体,距地球大约4×1026米之遥,这一距离定义了我们“可观测到的宇宙大小”,也称为“哈勃体积”、“视界体积”或“我们的宇宙”.类似地,那些“另外的你”所在的宇宙,也是以他们各自行星为中心的相同大小的球形区域.它们是平行宇宙最简单直接的例子,每一个宇宙仅是一个更大的“多重宇宙”（multiverse）的组成部分.

根据宇宙的这一定义,人们或许会认为,多重宇宙永远只是一个玄学概念.然而,物理学与玄学的分界线,在于一种理论能否通过实验来验证,而不在于它本身是否怪异或是否含有观测不到的物体.在科学史上,随着物理学边界的扩张,一些曾经属于玄学的抽象概念,例如圆形的地球、不可见的电磁波、高速运动下时间的变慢、量子叠加、弯曲空间以及黑洞等等,早已被纳入物理学的范畴了.这些年来,多重宇宙的概念也开始跻身于这张清单之中.它不仅有相对论和量子力学这些经过充分验证的理论作为依据,而且还满足两项对经验科学的判断标准：第一它能做出预测,第二它能够被证伪.目前科学家所论及的平行宇宙,已多达4种不同的层次,所以关键不在于多重宇宙存在与否,而在于它到底有多少层.

第一个层次：我们的宇宙视界之外

你的众多“另你”所在的平行宇宙,共同构成了第一层次的多重宇宙.这是争议最少的一类.有些事物虽然我们目前看不到,但只要换一个观测点或加以等待就可以看到（正如人们观看出现在地平线上的船一样）,这样的事物,我们都能接受它们的存在.位于宇宙视界之外的天体,情况与此类似.随着时间的推移,从更远空间射来的光将到达地球,因此可观测宇宙的大小每年将向外长大1光年.这是一个无限的世界,在等待着我们去发现它的奥秘.也许你的生命早在你见到“另一个你”之前就完结了,但理论上,如果宇宙的膨胀方式肯配合,你的子孙后代有一天应该可以用足够强大的望远镜观察到他们.

第一层次的多重宇宙听起来似乎没什么了不起的.可是如果空间不是无限的又会如何呢?难道我们会在什么地方碰到一块牌子,上面写着“空间到此为止,小心裂口!”?如果真是如此,那裂口那边又是什么呢?事实上,爱因斯坦的引力理论已经把这种直觉拉回到物理学问题.如果空间的曲率是凸的,或者具有不寻常的拓扑结构（即连通性）,那么它就可以是有限的.宇宙如果呈球形、甜甜圈或麻花形状,它就可以是有限大但没有边界的.借助宇宙微波背景辐射,科学家可以对这些模型进行细微的检测[参见本刊1999年7月号《宇宙有限吗?》一文].然而迄今为止,这些有限宇宙的模型并没有获得证据的支持,反而无限宇宙的模型才符合观测资料,而其他有限宇宙的模型,即使没被否定,也被加上了十分严格的限制.

还存在另一种可能,就是空间是无限的,但物质却集中在我们周围的有限区域内,这就是在历史上曾一度风行的岛宇宙（Island Universe）模型.该模型的一个变种则认为,大尺度上的物质将逐渐变稀薄,形成分形图样.在这两种情况下,第一层次的多重宇宙中的几乎所有宇宙,都将是空寂没有生气的.但是天文学家最近对3维星系分布及微波背景辐射的观测,却显示在越大的尺度上物质的分布越均匀,而在大于1024米以上就没有相干的结构了.如果这一趋势持续下去,在我们可观测宇宙之外的空间,将有众多星系、恒星及行星存在.

生活在第一层平行宇宙中的观测者,有着与我们一样的经验物理学法则,只是初始条件不一样.根据现有的理论,大爆炸早期的过程会使物质以一定的随机性向四周扩散,产生各种非零概率的可能分布方式.宇宙学家认为,我们这个宇宙是有代表性的（至少在有观测者的宇宙中很有代表性）：它的物质分布几乎完全均匀,初始密度涨落为10万分之一.根据这一假说,我们可以得出下面的估计：离你最近的“另一个你”在距地球101028米的地方.在距地球101092米的地方,应该有一个半径为100光年的球形区域与地球所处的球形区域完全相同,因此我们在下一个世纪所拥有的全部观念,也将与我们在那边的“对应人”所拥有的完全一样.而在1010128米远的地方,则存在一个与我们这个哈勃体积一样的哈勃体积.

上述数字是非常保守的估计,它们仅仅是通过计算一个哈勃体积在温度不高于108K的情况下,能够拥有的全部可能的量子状态而推导出来的.进行这项计算的一种方法是,确定在上述温度下一个哈勃体积最多能容纳多少质子,答案为10118个.事实上每个质子既可能存在,也可能不存在,这样所有的质子就有210118种可能的组合方式.如果一个盒子容纳了这样多个哈勃体积,那它就穷尽了上述的所有可能性.这些哈勃体积如果真的在一个圆盒子里,那它的直径大约是1010118米.在这一范围之外,这些盒子里的宇宙（包括我们的宇宙）必将会重复出现.利用热力学或量子引力学,对宇宙全部信息含量进行估计,也可以导出差不多的结果.

行星形成及生物演化的过程,会使“另一个你”出现的机会增加,因此靠你最近的“另一个你”所在的地方,可能比上述数字所预测的要更近得多.天文学家猜测,在我们这个哈勃体积内,适合居住的行星至少有1020颗,其中有些很可能酷似地球.

天文学家常常利用第一层多重宇宙的模型,来评估现代宇宙学的理论,尽管这种方法极少得到明确的阐述.例如,我们来看看宇宙学家是如何利用微波背景辐射来排除有限的球面几何模型的.微波背景辐射分布图中,热斑点和冷斑点具有与空间曲率相关的特征尺度,而观测到的斑点看起来太小了,与球面几何所对应的大小并不一致.不过,我们的结果必须具有统计上的严密性.不同的哈勃体积,斑点的平均大小也不同,且这种差异是随机的.因此,情况有可能是,我们的宇宙在愚弄我们--它可能是球形的,但碰巧其斑点尺寸却异常地小.当宇宙学家宣称他们以99.9%的置信度排除球面几何的模型时,他们的意思实际上是说,如果这个模型成立,那么每1000个哈勃体积中,具有我们所观测到的那样小的斑点的,平均还不到一个.

由此得到的启示是,即使我们无法看到其他的宇宙,多重宇宙理论仍是可以检验并且可以证伪的.关键在于预想平行宇宙具有怎样的集合,并在此基础上定出一个概率分布,或数学家所称的“测度”.我们的宇宙应该是最可能出现的宇宙之一.如果不是这样--也就是说,如果多重宇宙理论认为我们居住在一个发生概率很低的宇宙中--那么这个理论就有麻烦了.正如本文下面将讨论的,这一测度问题可能会变得非常棘手.(更多精彩内容参见《科学美国人》杂志2003第七期）