逃脫黑洞的可能:《時空旅行的夢想家:史蒂芬‧霍金》選摘(2)

2017-12-21 05:10

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「一九七三年,他決定轉換陣地,透過量子力學的眼界來檢視黑洞。這是史上第一次,有人認真嘗試結合二十世紀兩大理論:相對論和量子力學,並成功讓兩者融於一爐⋯⋯」(資料照,美聯社)

「一九七三年,他決定轉換陣地,透過量子力學的眼界來檢視黑洞。這是史上第一次,有人認真嘗試結合二十世紀兩大理論:相對論和量子力學,並成功讓兩者融於一爐⋯⋯」(資料照,美聯社)

一九七〇年十二月,霍金首度向科學界發表有關黑洞事件視界永遠不會變小的觀點,當時他在德州相對論天體物理學研討會(Texas Symposium of Relativistic Astrophysics)上堅稱,儘管事件視界面積增大和熵增大確實相仿,兩邊卻也只是一種類比。

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惠勒另一位叫做雅各布.貝肯斯坦(Jacob Bekenstein)的普林斯頓研究生,則有不同見解。貝肯斯坦堅稱黑洞事件視界的面積不只是像熵,那就是熵。當你測量事件視界的面積,同時也是在測量黑洞的熵。倘若你把熵拋進黑洞,你並不會摧毀熵。黑洞始終有熵,你只是增加熵的量。

當某件事物落入黑洞,好比一盒分子,它就會增添黑洞的質量,於是事件視界也跟著變大。同時,它還會增添黑洞的熵量。

這一切把我們帶進一場困局。若某件事物有熵,意思就是它有溫度,不是完全寒冷的。若某件事物有溫度,它就必定散發能量。若某件事物散發能量,你就不能說沒有東西從那裡出來。照理說,是不會有東西從黑洞出來的。

霍金認為貝肯斯坦錯了。他很惱怒,覺得貝肯斯坦誤用了他有關事件視界永遠不會增大的發現。一九七二和七三年期間,他和詹姆斯.巴丁(James Bardeen)與卡特兩位物理學家聯手合作,

結果似乎真的該認輸了,他們做出足足四個黑洞力學定律,而且「只要我們把『視界面積』一詞拿掉,把『熵』換上,再把『視界表面重力』換上『溫度』」,看來也就和熱力學四項著名定律幾乎如出一轍。不論如何,三位作者依然強調這些都不過是類比,然後他們還在最終版論文重申,他們的四項黑洞力學定律和熱力學四項定律雷同,卻又有所區別。儘管熵和事件視界的面積有眾多相似之處,然而黑洞並不放射出任何東西,因此不可能有熵。貝肯斯坦是沒辦法反駁這個論點的,不過即便他以一個研究生,隻身對抗三位地位穩固的物理學家,他依然不信服。到頭來仍是霍金、巴丁和卡特錯了,最後是由霍金親自說明個中原委。

一九六二年,霍金開始攻讀劍橋研究所,那時他選擇研究非常大尺度的宇宙學,而不是研究非常小尺度的量子力學。但到了一九七三年,他決定轉換陣地,透過量子力學的眼界來檢視黑洞。這是史上第一次,有人認真嘗試結合二十世紀兩大理論:相對論和量子力學,並成功讓兩者融於一爐,這種融合(你應該記得第二章也曾著墨)就是邁向統世理論的艱難路障。

一九七三年一月,霍金三十一歲。他的第一本大部頭書籍就在這新的一年發表,新書由他和埃利斯合寫,題獻給夏瑪。霍金形容那本《時空大尺度結構》(The Large Scale Structure of Space Time)是「高度技術性,而且相當難讀」的著作。如今學術書店仍有那本書,若是你抽出那本書,而你也不是學有所成的物理學家,大概就會贊同他這句話。儘管那本書的銷售量永遠比不上《時間簡史》,卻已經成為那個領域的經典論述。

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