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  黑洞、蟲洞、量子纏結(科學人雜誌第249期)
書籍基本資料
BOOKID： 927291 類別： 期刊  
條碼: 4719025006077   ISBN： 4719025006077  
出版商: 遠流   作者：  
出版日期 2022 年   譯者：  
定價： 280 售價： 238
    特價： 100
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自1974年以來，理論物理學長期籠罩在危機當中，原因是霍金（Stephen Hawking）在那年提出了一個論證，認為黑洞會摧毀資訊。霍金證明黑洞會蒸發，而逐漸把自身與它所吞食的任何東西轉變成一團沒有特徵的輻射。很明顯地，如此一來，就喪失「什麼東西墜入黑洞」的資訊，違背了一項神聖的物理原理。過去45 年間，物理學家一直沒能解決這個問題。但是到了2019 年，我所參與的研究團隊開始拼湊出一個解答。這個答案的基礎是一種對於時空的新理解，以及時空如何透過量子纏結可以重新串連起來，由此產生了一個新點子：黑洞內的某一部份，我們團隊稱之為「島」（island），能秘密地連結到黑洞之外。若要理解我們團隊如何得到這些新點子，就必須從黑洞的本質開始說明。

宇宙單行道

想從黑洞內跑出來似乎是一件完全不可能的事；事實上，我們正是用這件不可能的事來定義黑洞。當足夠多的物質局限在足夠小的區域之內，使得時空在一個狂暴的回饋迴路（一連串的擠壓又繃拉）中塌陷下來，黑洞就形成了。潮汐力在有限的時間內，變成為無窮大，意味著在所謂的黑洞奇異點（singularity，即時間停止、空間失去意義的地方），整個時空區域會突然中斷。在崩塌的區域中，有個細微的界線，區隔了能夠逃離與無法回頭的區域。這個界線就稱為事件視界（eventhorizon），是光線幾乎可以避免掉入奇異點最外圍的時空點。只要沒有超光速運動（這在物理學上不可能發生），任何東西都不能從事件視界內逃離出來，黑洞內的東西就永遠停留在黑洞裡。這個邊界的單行道本質並不會立即造成問題，其實它正是廣義相對論的一項堅實預測。但是當廣義相對論遇上奇異的量子力學，危機就來了。

無中生有的粒子

量子理論讓天生就具有貪婪怪物形象的黑洞獲得了救贖：黑洞所吞食進來的一切能量，終究會以霍金輻射（Hawking radiation）的形式又吐出來──霍金輻射即是從事件視界附近的真空所榨取出來的能量。

無中生有的想法聽起來很荒謬。但是荒謬還不是對於量子力學最糟糕的控訴。量子理論中的真空其實並非真的空無一物，反而是充滿了粒子，例如光子、電子、重力子，但是它們聯合起來讓我們感覺真空真的是空無一物。這些粒子很仔細地兩兩配對起來，合作無間像是把時空聚在一起的膠。

如果有一對粒子，一個在內、一個在外，跨越了某個黑洞的事件視界，而兩個粒子後來永遠地分離開來。它們沿著相反方向離開事件視界，其中一個粒子將撞上奇異點，另一個粒子則以霍金輻射的形式擺脫黑洞的重力逃離出來。這個過程會逐漸抽走黑洞的能量，讓黑洞以發出粒子的方式丟失能量，以致於變得越來越輕、越來越小。能量守恆定律告訴我們，被困在黑洞內部的粒子必定帶有負能量，方能使得黑洞的總能量變小。......
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