黑洞的行为表明，神秘博士“内部更大”的塔迪斯把戏在理论...

黑洞会像垂死的老兵一样，简单地消失吗?它们会像超维度气球一样爆裂吗?也许它们确实如此，也许它们穿过了宇宙的一条rubicon，有效地改变了它们的本性，变成了逆异常，无法通过它们的事件视界进入，但却不断地将能量和物质驱逐回宇宙。

在他的新书《白洞》中，物理学家和哲学家Carlo Rovelli将他的注意力和相当多的专业知识集中在神秘的空间现象上，潜到事件视界之外，探索它们的理论内部运作，并假设在那些无穷小的、无限迷人的引力点的底部可能是什么。在本周的hit the Books节选中，Rovelli讨论了天体物理学界的一个科学分歧，即所有的信息——根据我们目前对宇宙规则的理解，这些信息是无法被摧毁的——一旦被困在一个无法逃脱的黑洞里，就会去哪里。

摘自卡罗·罗维利的《白洞》。由Riverhead Books出版。版权所有©Carlo Rovelli。版权所有。

1974年，斯蒂芬·霍金做出了一个意想不到的理论发现:黑洞一定会放出热量。这也是一种量子隧道效应，但比普朗克恒星的反弹更简单:由于量子物理学为一切提供了通行证，被困在视界内的光子得以逃脱。它们在地平线下“隧道”。

所以黑洞像火炉一样散发热量，霍金计算了它们的温度。辐射热带走能量。当它失去能量时，黑洞逐渐失去质量(质量就是能量)，变得越来越轻，越来越小。它的视界缩小了。用行话来说，黑洞会“蒸发”。

热辐射是不可逆过程的最典型特征:不可逆过程在一个时间方向上发生，不能逆转。炉子散发热量，使寒冷的房间暖和起来。你见过寒冷房间的墙壁散发热量并加热温暖的炉子吗?当产生热量时，这个过程是不可逆的。事实上，只要这个过程是不可逆的，就会产生热(或类似的东西)。热是不可逆性的标志。热可以区分过去和未来。

因此，黑洞的生命至少有一个明显不可逆转的方面:它的视界逐渐缩小。

但是，请注意:视界的缩小并不意味着黑洞内部变小。内部大部分保持原样，内部体积继续增长。缩小的只是地平线。这是一个微妙的问题，使许多人感到困惑。霍金辐射是一种主要涉及视界的现象，而不是黑洞深处的内部。因此，一个非常古老的黑洞具有一种特殊的几何形状:巨大的内部(还在继续增长)和一个很小的(因为它已经蒸发了)包围着它的视界。一个古老的黑洞就像一个熟练的穆拉诺吹玻璃工手中的玻璃瓶，他成功地使瓶子的体积随着瓶口的变窄而增加。

因此，在从黑到白的瞬间，黑洞可以有极小的视界和巨大的内部。一个包含巨大空间的小壳，如在寓言中。

在寓言中，我们会遇到一些小木屋，进去后发现里面有数百个宽敞的房间。这似乎是不可能的，就像童话故事一样。但事实并非如此。在一个小球体中包含一个巨大的空间是具体可能的。

如果这对我们来说似乎很奇怪，那只是因为我们习惯了空间几何是简单的想法:它是我们在学校里学习的，欧几里得几何。但在现实世界中并非如此。空间的几何形状被重力扭曲了。这种变形使得一个巨大的体积可以被包裹在一个很小的球体里。普朗克恒星的引力会产生如此巨大的扭曲。

一只一直住在一个又大又平的广场上的蚂蚁，当它发现通过一个小洞可以进入一个巨大的地下车库时，一定会大吃一惊。黑洞也是一样。这一惊人事件告诉我们，我们不应该盲目相信习惯的观念:世界比我们想象的更陌生，更多样。

在小范围内存在大量的研究也给科学界带来了混乱。科学界已经就此问题产生了分歧，并在争论不休。在本节的其余部分，我将告诉你关于这场争论。这篇文章比其他文章更具技术性——如果你愿意，可以跳过它——但它描绘了一场生动的、正在进行的科学辩论。

分歧在于你能在一个体积大但表面小的实体中塞进多少信息。科学界的一部分人相信，视界小的黑洞只能包含少量的信息。另一个不同意。

“包含信息”是什么意思?

或多或少是这样的:装着五个又大又重的球的盒子里的东西多，还是装着二十个小弹珠的盒子里的东西多?答案取决于你对“更多东西”的定义。这五个球更大，更重，所以第一个盒子里有更多的物质，更多的物质，更多的能量，更多的东西。从这个意义上说，球的盒子里有“更多的东西”。

但是弹珠的数量大于球的数量。从这个意义上说，在弹珠盒子里有“更多的东西”，更多的细节。如果我们想传递信号，通过给每个弹珠或每个球一种颜色，我们可以用弹珠传递更多的信号，更多的颜色，更多的信息，因为弹珠的数量更多。更准确地说:描述弹珠比描述球需要更多的信息，因为弹珠的数量更多。用专业术语来说，装球的盒子包含更多的能量，而装弹珠的盒子包含更多的信息。

一个古老的黑洞，已经被大量蒸发，几乎没有能量，因为能量已经被霍金辐射带走了。在它的大部分能量消失之后，它还能包含很多信息吗?这是争吵场面。

我的一些同事确信，在一个小表面下塞进大量信息是不可能的。也就是说，他们开始相信，当大多数能量消失，视界变得很小时，只有很少的信息可以留在里面。

科学界的另一部分人(我也是其中一员)则持相反的观点。黑洞中的信息——即使是蒸发得非常大的黑洞——仍然是巨大的。双方都确信对方走错了路。

这种分歧在科学史上是很常见的;可以说他们是这门学科的中坚力量。它们可以持续很长时间。科学家们分裂、争吵、尖叫、争吵、扭打、扑向对方的喉咙。然后，逐渐清晰起来。有些人最终是对的，有些人最终是错的。

例如，在19世纪末，物理学界分裂为两个激烈的派别。其中一个追随马赫，认为原子只是方便的数学虚构;另一个追随玻尔兹曼，相信原子是真实存在的。争论非常激烈。恩斯特·马赫是一位杰出的人物，但事实证明玻尔兹曼是对的。今天，我们甚至可以通过显微镜看到原子。

我认为，那些认为小视界只能包含少量信息的同事犯了一个严重的错误，尽管乍一看他们的论点似乎很有说服力。让我们看看这些。

第一个论点是，从物体的能量和温度之间的关系出发，可以计算出有多少基本成分(例如，有多少分子)构成一个物体。我们知道黑洞的能量(它的质量)和温度(由霍金计算)，所以我们可以做数学计算。结果表明，视界越小，其基本分量越少。

第二个论点是，有明确的计算允许我们直接计算这些基本成分，使用量子引力理论中研究最多的理论——弦理论和环理论。1996年，这两个主要理论在几个月内完成了这一计算。对于两者，当视界很小时，基本分量的数量就会变小。

这些似乎都是有力的论据。基于这些论点，许多物理学家接受了一个“教条”(他们自己这么称呼它):一个小表面所包含的基本成分的数量必然很小。在一个小视界内，只能有很少的信息。如果这个“教条”的证据如此有力，那么错误在哪里呢?

问题在于，只要黑洞保持现状，这两种观点都只涉及可以从外部探测到的黑洞组成部分。这些只是地平线上的部分。换句话说，这两种观点，都忽略了在大的内部体积中可能存在分量。这些论点是从远离黑洞的人的角度出发的，他们看不到黑洞的内部，并假设黑洞将永远保持原样。如果黑洞永远保持这种状态——记住——那些远离它的人将只能看到外面的东西或地平线上的东西。对他们来说，内心似乎并不存在。对他们来说。

但是内部确实存在!不仅对那些(像我们一样)敢于进入的人，也对那些只是有耐心等待黑色地平线变成白色，让被困在里面的东西出来的人。换句话说，想象弦理论或环理论给出的黑洞组成部分数量的计算是完整的，就是没有接受芬克尔斯坦1958年的文章。从外部对黑洞的描述是不完整的。

环量子引力计算很有启示:通过计算视界上空间的量子数，可以精确计算出组成部分的数量。但弦理论的计算，在仔细观察后，也是如此:它假设黑洞是静止的，并且是基于从远处看到的东西。根据假设，它忽略了洞里的东西，以及在洞蒸发结束后从远处看到的东西——当它不再静止时。

我认为我的某些同事犯错是由于缺乏耐心(他们希望在蒸发结束之前解决所有问题，这时量子引力就不可避免了)，也因为他们忘记了考虑到可以立即看到的东西之外的东西——这是我们在生活中经常犯的两个错误。

教条的追随者发现自己遇到了一个问题。他们称之为“黑洞信息悖论”。他们确信，在蒸发的黑洞内部不再有任何信息。落入黑洞的所有东西都携带着信息。因此，大量的信息可以进入洞。信息不会消失。它去了哪里?

为了解决这个悖论，教条的信徒想象信息以神秘而巴洛克的方式逃离黑洞，也许是在霍金辐射的褶皱中，就像尤利西斯和他的同伴们躲在羊群下面逃离独眼巨人的洞穴一样。或者他们推测黑洞的内部通过假想的看不见的管道与外部相连…基本上，他们是在寻找救命稻草，就像所有陷入困境的教条主义者一样，寻找拯救教条的深奥方法。

但是进入视界的信息并没有通过某种神秘的、神奇的方式逃脱。它只是在视界从黑视界变成白视界之后出现的。

斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在他生命的最后几年里曾说过，没有必要害怕生命的黑洞:迟早会有一条出路。有-通过儿童白洞。