第717章 抢了霍金饭碗（上）

得到了徐云的肯定答复后。

杨振宁下意识在面前的算纸上画了个【O】型的圆圈，眼神闪烁莫名：

“黑洞么”

早先提及过。

在眼下这个世纪的40年代末，人们成功的在平直时空中把各种物质场实现了量子化。

于是他们便很自然去试着如何将弯曲时空中把物质场量子化，以及将引力场本身量子化。

即使在建立自洽的量子引力理论遇到巨大疑难与阻力的时候，也依旧不妨碍人们在弯曲时空中建立量子场论。

彼时的时空仍然是经典的，物质场则是量子化的。

不过不同于经典物理的牛一牛二找个空地就能验证，“场”这个概念计算起来容易，想要在现象上验证它却有点困难——至少对于60年代的科技水平来说确实如此。

而黑洞这玩意儿，无疑一个是检验弯曲时空量子场论的有力场所。

黑洞被提出的时间其实很早，早到可能有些颠覆许多人的认知：

黑洞这个概念最早问世的时间，是在1783年。

没错。

不是1983，也不是1883，而是1783。

这一年华夏正值乾隆四十八年，乾隆帝第四次东巡盛京完毕，大肆挥霍了一笔钱财。

同时在乾隆抵达吉林的第五天。

当时剑桥大学的地质学教授兼牧师约翰·米歇尔，在英国皇家学会的一次演讲中推测了太阳引力对其辐射光线的影响。

比他更早的罗默在17世纪通过观察木星的日食时间确定了光速是有限的，因此米歇尔认为自太阳的光子在离开太阳时由于太阳的引力会减速。

他的推测指出，如果太阳的直径是原来的500倍大，密度相同，那么它的质量将是10^8个太阳质量，重力会阻止光从太阳中逃逸。

接着在1915年，爱因斯坦阐述了广义相对论，得到了引力如何影响光的协调理论。

1916年。

基于爱因斯坦场方程的史瓦西解问世。

1939年。

奥本海默证明了死亡恒星如果质量大于一个界限，就会无法对抗自身引力，形成无限密度的黑洞，也就是赫赫有名的奥本海默极限。

至此，黑洞在数学和物理上的认知已经被推导到了一个不说多完美吧，至少相对成熟的区间。

理论上来说。

通过观测黑洞周围的引力效应，科学家们能够验证相对论的预测——例如光线弯曲和时空扭曲等等。

另外通过观测黑洞吸积盘和喷流，物理界海可以研究高能物质在极端引力场中的行为，这几乎是等离子体与射电波相关的入门基石。

当然了。

以上这句话是站在后世角度来说的，眼下这个时期对于黑洞的认知与探索还非常的浅显。

如今黑洞这个名称还没完全确定，除了黑洞之外，它还有黑星、暗星之类的别称。

随后杨振宁的笔尖在自己画出来的圆形内部点了点，对徐云说道：

“小徐，听你这意思.你认为黑洞里藏着新物理？”

不同于此前宽泛的宇宙概念，杨振宁对于黑洞研究的价值还是比较清楚的——依旧是相对而言。

徐云则很快点了点头：

“杨先生，我认为这句话应该是个肯定句。”

杨振宁面色不变，反问道：

“那么证据呢？你应该知道，目前几乎所有有关黑洞的推导都是数学猜想而已。”

“如果极端一点说，黑洞这玩意儿存不存在都讲不准呢。”

“黑洞的存在本身尚且如此，就更别说它内部的物理状态了。”

“除非你能给我一个它内部存在新物理的证据，否则我个人对于这个项目持保留意见。”

徐云手指笃笃的在桌上敲了几下：

“理论上的证据？还是要实际的现象？”

杨振宁的语气依旧古井无波：

“当然是前者足矣，后者你要是能拿的出来，我真就要怀疑你是外星驴成精了。”

如今黑洞的迹象物理学界都没发现几样呢，如果想要叫徐云给出现象上的证据，那这显然有些强人所难了。

况且在杨振宁看来。

即便只是理论上的证据，徐云恐怕也拿不出来多少。

毕竟这可和元强子模型不一样，元强子模型再怎么样超脱这个时代，也终究是依靠加速器的实验报告来构建的框架。

黑洞这玩意儿如今八字没一撇，光靠数学和逻辑推导想要得出一些价值一般的成果不难，但颠覆性的成果就几乎没啥可能了。

然而令杨振宁有些意外的是，过了片刻，徐云的声音却幽幽从对面传了过来：

“杨先生，不瞒您说，这个证据我还真拿得出来。”

杨振宁顿时一怔，下意识道：

“什么证据？”

徐云又沉默一会儿：

“比如说黑洞这个系统之内有熵存在。”

熵？

由于这年头电话信号不太好的缘故，杨振宁听到这个词的第一时间，并没有意识到徐云所指的是什么。

但紧接着。

哗啦——

杨振宁整个便猛然从座位上站了起来，震惊的声音之大连外头的陆光达都有所感知：

“你说什么？黑洞有熵？？！！”

徐云笃定的点了点头，接着又给自己话增加了几份重量：

“准确来说，黑洞熵正比于黑洞的表面积。”

十多秒钟后。

从震惊中回过神的杨振宁想要平复一下情绪，却发现自己的脸颊都在微微颤抖：

“.”

实话实说。

如果不是徐云此前展露出了很强的物理学功底，加之还有兔子官方为这通电话背书，这时候杨振宁估摸着都快掀桌了。

黑洞有熵？

这怎么可能？

熵。

这是一个热力学的概念，但在历史的发展中，各种因素造就了它非常丰富的内涵，进入了很多学科的视野。

这个概念从定义上解释起来非常复杂，涉及到了香农、克劳修斯、玻尔兹曼等等，还包括了热力熵、信息熵、化学熵等等

但其实它也可以解释的很通俗：

简单来说，熵代表了物质混乱程度。

有卧室的同学应该都知道。

在保持有人生活的情况下，自己的卧室要是不去收拾它，就会变得越来越混乱。

最开始可能是衣服变得杂乱，接着是书本、智障、笔、数据线、快递箱开始出现在各个位置，最终变成一个狗窝。

这里屋子混乱的定义就是熵，混乱程度越高，熵就越高，也就是所谓的熵增。

熵减则是指在一个封闭系统中，系统的熵值随着时间的推移而减少——这在正常情况下是不可能的，除非你人工干预性的对你的卧室进行整理，否则房子它自己无法自洁。

简洁明了.JPG。

熵增概念同样在宇宙角度成立，物理学界公认宇宙的熵一直在增加，因为行星不停在变化：

有的星球彼此相撞碎裂成小块，有的星球寿命终止变成了红巨星等等。

但是

对于黑洞这玩意儿，很多学者的看法就不一样了：

他们认为黑洞是不存在熵的。

因为根据上面打扫屋子的举例，再复杂的东西被黑洞吞下去后“状态”都会变得简单，那么理论上来说这属于熵减的情况。

可是熵减在独立系统中是不允许出现的情况，因此黑洞只能是【万无】状态——没有生命，没有光，没有熵。

也就是所谓的幺正性原理。

结果没想的是

徐云张口不但说黑洞有熵，而且居然还说黑洞熵正比于它的表面积？

要知道。

黑洞的表面积是不停在增大的，如果黑洞熵正比于表面积，那么岂不是说黑洞系统是熵增状态？

想到这里。

杨振宁忍不住再次深吸了一口气，强忍着驳斥异端的冲动，对徐云问道：

“小徐，口说无凭，你的证据呢？”

徐云抬头看了眼墙上的时间，不知不觉自己和杨振宁的聊天已经持续一个小时了：

“杨先生，首先我们要明确一点，参数化一个黑洞，理论上来说只需要三个量。”

“也就是质量M，电荷Q和角动量J，这个没问题吧？”

杨振宁点了点头：

“嗯。”

早先提及过。

爱因斯坦场方程有个最早同时也是最有名的特解，叫做史瓦西解。

这个解所描述的物体就是黑洞，其中黑洞的视距界限就是所谓的史瓦西半径，因此有部分黑洞也叫作史瓦西黑洞。

史瓦西黑洞是静止的球对称黑洞，只有一个参数，即质量M，也是模型上最简单黑洞。

接着在史瓦西黑洞的基础上，物理学家推导出了旋转的黑洞，也就是克尔-纽曼黑洞。

它是Q=0的克尔黑洞的推广，也是整个宇宙中最普遍的一种黑洞。

根据克尔-纽曼线元显示，描述黑洞只需要质量M，电荷Q和角动量J就行了。

接着徐云静心听了听话筒对面的动静，很快，电话对头传来了一道‘嗒吧’声。

这是杨振宁将笔放到桌面上的声音，代表着杨振宁已经写好了算式。

于是徐云很快便又说道：

“在这个基础上，当年罗伯特·杰勒西提出了一个驳斥广义第二定律的思想实验。”

“也就是将一个物体缓慢的挪到黑洞视界处，并把它扔进了黑洞里头。”

“这时可以发现，黑洞的熵并没有增加，而物质的熵减小了，因此广义熵在这一过程中是降低的。”

杨振宁点了点头，这是一个非常有名的思想实验。

随后徐云深吸一口气，继续说道：

“但实际上呢，由于物体有厚度为了方便举例，这里就假设用一个球做实验好了。”

“对于一个球形物体，因为它具有有限的半径R，实际上我们不可能把它降低到黑洞视界才能扔进去——在视界上方R（固有距离）的时候就截止了。”

“这时黑洞熵会增加一些，而物质的熵会消失，从而保证广义第二定律的成立。”

杨振宁顿时虚起了眼，这倒是个挺新奇的角度。

接着不等杨振宁细思，徐云又开口了：

“那么杨先生，如果这个过程不是一个球和一个黑洞，而是”

“两个黑洞同时合并呢？”

“黑洞合并？”

杨振宁下意识看向了自己最初在纸上画的那个代表着黑洞的【O】，目光焦距迷失了片刻，紧接着便呼吸一滞，飞快拿起笔书写了起来。

“一般稳态黑洞满足dM=κ8πGdA+ΩdJ+ΦdQ”

“如果假设黑洞与黑洞合并，那么由球例子可知dA/dt≥0，同时引入角动量”

听到杨振宁计算中的自言自语，徐云的脸上亦是忍不住浮现出了些许感慨。

黑洞。

这是一个物理学史上非常特殊的话题。

它的特殊性不仅在于它的现象性质，还在于它的时间跨度。

上头提及过。

它的概念早在1783年就被提出来了，那时候小麦他爹都还是个受精卵呢.

但直到19世纪的第二个十年，物理学界才在数学上对它有了一定了解。

然而这仅仅还是个开始。

按照历史发展。

从1920年开始，物理学界对黑洞的研究还会停滞整整五十年，直到1970年前后才会出现关键性的突破。

这个突破便是霍金提出的黑洞面积定律，以及雅各布·贝肯斯坦根据霍金定律提出的贝肯斯坦极限，也就是贝肯斯坦-霍金熵。

贝肯斯坦极限解释起来很复杂，总结起来其实就一句话：

半径r的球体，总能量（包括静止质量相应的能量在内）为E，那么这一球体的熵最多是2πkcEr。

从这个角度上来说，【人的想象力是无穷无尽的】这句话其实也是错的。

人的大脑大约重1.5kg，体积是1260cm^3，如果看作球体则半径为6.7cm。

按一般人脑的尺寸和质量计算，人最多只能有10^42种念头。

即便人们意识上传，变成巨大计算机中流动的思维，这个界限仍然存在。

地球大小的计算机或“大脑”，也最多只有10^75种念头罢了。

256位密钥就可能让这计算机硬算快两分钟，512位密钥则可能要硬算将近10的72次方年——因此某些小说里某某角色一个念头可以推演古今的情节压根就不存在，实际上连个密码锁都未必破解的了，咳咳.

同时限制这点的还有布雷莫曼极限，1kg物质1秒能够达到的最快的运算速度是1.36*10^50次方个bits算了还是不毁玄幻小说了。

总而言之。

贝肯斯坦极限证明了黑洞拥有黑洞熵，并且与黑洞的视界面积成正比。

这个过程虽然是纯数学推导，但2015年LIGO观测到的引力波事件GW150914却证明了这个推导的正确性。

同时很令人感慨的是。

贝肯斯坦极限这种后世你可以在《走进本土驴》这类网络小说里看到的概念，在眼下这个时代却属于彻头彻尾的奥秘极知识。

即便是杨振宁这样的大佬，此前都闻所未闻。

(本章完)