黑洞是个大电脑

　　这一最新研究否定了史蒂芬·霍金著名的黑洞理论

　　吕静／编译、报道

　　电脑和黑洞有何不同？这问题听起来像是嘲讽微软公司笑话的开头，但它确实是今天物理学中最深奥的难题之一。

　　大多数人认为电脑是个特殊而具有功用的装置：坐落在书桌上的流线形盒子，或者是内含指甲般大小晶片的高科技咖 啡壶。但对物理学家而言，所有的物理系统都是电脑。岩石、原子弹和星系可能不会运转Linux操作系统，但它们也会记 录与处理信息(每个电子、光子和其他基本粒子都储存着数据资料，如质量、电荷等，当两个粒子交互作用时，这些数据资料 便会发生转换)。

　　理论物理学家罗伊德和吴哲义在量子信息论和量子引力论上颇有造诣，最近，他们在美国《科学美国人》杂志上撰文 ，介绍了关于黑洞的最新研究成果。为了与时俱进，他们把宇宙比拟成电脑，则物理定律就如同电脑程式。根据他们的观点， 黑洞可能是个可以快速处理信息的超级电脑。

　　这一最新研究，事实上否定了英国著名物理学家史蒂芬·霍金(StephenHawking)的黑洞理论。这位 坐在轮椅上、全身只剩下一根手指能动的科学家1988年出版的科普畅销书《时间简史》，销量曾高达2500万册。

　　霍金自我否定黑洞理论

　　对于所有事物的运算法则来说，黑洞似乎是个例外。

　　将信息输入黑洞是毫无困难的，但根据爱因斯坦的广义相对论，要从中取出信息是件不可能的事。因为物质一旦进入 黑洞，便会被彻底消化，其组成细节将无可挽回地丧失。

　　上世纪70年代，英国剑桥大学著名物理学家史蒂芬·霍金提出了著名的黑洞理论。他经过计算发现，黑洞一旦形成 ，将会向外发出“霍金辐射”，并且开始损失质量。但在霍金的分析里，这种辐射是随机而凌乱的，不会带有任何关于坠入物 体的信息。假如有一头大象掉进去，黑洞会输出相当于一头大象的能量——但该能量是混杂错乱的，无法用来复原那头大象。

　　霍金这一理论被认为是有关黑洞研究的最为惊人的突破。在过去30年间，霍金始终坚持着这一观点。但是，这样的 理论有悖于量子力学的原则。根据量子力学观点，物质的信息绝不会彻底消失。

　　其他科学家，包括斯坦福大学的雷那德·萨斯金得和加州理工学院的约翰·普瑞斯吉以及荷兰乌得勒支大学的杰勒德 ·胡伏特认为，那向外发出的辐射事实上并非随机凌乱的，而是坠落物质经过加工处理后的形态。

　　2004年夏天，霍金改变了自己的观点，转而支持他们的主张，认为黑洞也会运算。即，黑洞可以像电脑一样处理 坠入物质的信息，并且输出辐射。

　　超级电脑

　　如果任何一块物质都是一个电脑，那么，黑洞就是一个被压缩到尽可能小的电脑。其成分间彼此施加的引力越来越强 最终使它变得非常密集，以至于没有任何物体能够逃脱。

　　根据罗伊德和吴哲义的观点，一个重量为1公斤的黑洞，其半径约为10-27米(质子的半径是10-15米)， 缩小电脑的体积并不会改变其所含的能量，因此它每秒仍能进行1051次运算。

　　黑洞的总储存容量与它的表面积成正比。1970年，霍金和耶路撒冷希伯来大学的贝肯斯坦(JacobD.Bekenstein) 计算出，1公斤的黑洞只能存储约1016位元(bit，是计算机所有信息的最小单位，并可以具有0或1的数值。一个位 元组由8个位元构成，几乎所有计算机性能都是以位元组为代表，如内存容量、资料传输速率，资料储存容量)，比被压缩前 的同型电脑要少好多。不过，黑洞是个超高速处理器。它翻动一个位元的时间是10-35秒，相当于把光从电脑一端传到另 一端所需的时间。

　　那么，黑洞电脑实际上是如何工作的？输入不会是个问题，将资料数据以物质或能量的形态编码，再掷入黑洞即可。 只要适当地准备好要掷入的材料，黑客能给黑洞编程，令它执行任何要求的计算。

　　黑洞电脑输出的是霍金辐射。根据能量守恒定律，其质量必定会减少。1公斤的黑洞在发出霍金辐射后，在短短10-21 秒内就消失殆尽。

　　霍金对这个以他名字命名的辐射的研究颠覆了人们原来对黑洞的常规认识——黑洞是没有任何东西可逃离其力场的物 体。但真正的问题在于，霍金辐射是给出了运算的答案，还是些胡言乱语，这个问题始终有争议。

　　不过，包括霍金在内的大多数物理学家现在都认为，辐射是在黑洞形成之际坠入其中的信息，经高度处理后产生。虽 然物质无法离开黑洞，但其信息却可以。

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