这些宇宙巨物有朝一日或许能推动我们的航天器、处理难以想象的数据量,甚至揭示先进的外星生命。
这一想法因德国物理学家卡尔·史瓦西而获得坚实的数学基础——1916年,正在参加第一次世界大战的他利用爱因斯坦新发现的广义相对论推导出了黑洞半径。该半径现在被称为史瓦西半径或事件视界。任何越过事件视界的东西都永远无法逃离黑洞,即使是光也不例外。(因此而得名,该名称由美国物理学家约翰·惠勒在20世纪60年代创造。)
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今天我们有三种不同类型的证据证明黑洞的存在。但更令人震惊的是,我们正在考虑利用它们将我们的技术送入未来光年之外的可能性。
我们探测到了来自合并黑洞的引力波。我们确信这种合并产生了引力波,因为该过程的特性与理论完美匹配。(这一发现背后有数项诺贝尔奖。)第三,黑洞强烈影响附近的天体,如恒星,我们可以通过测量此类恒星的运动来推断它们必定有一个不可见且引力巨大的邻居。
现在我们拥有大量理论和实验证据证明黑洞存在,但它们能在技术上为我们所用吗?令人惊讶的是,答案是肯定的。例如,我们可以将它们用于星际旅行。我们目前所有的太空旅行都基于“行星弹弓”的概念。当我们向太阳系发送探测器时,我们利用其他行星的引力来加速它们。
这需要仔细计算轨迹,使探测器从后方接近,比如木星,然后木星将其拖入自己的轨道,最终将其发射到所需方向。现在,如果我们有两个相互绕转的黑洞,这将为我们提供更强大的弹弓。当然,这需要我们首先到达一个黑洞,而最近的一个(根据目前的观测证据)大约在1500光年之外!要么这样,要么我们需要能够自己制造黑洞……
但是,如果我们能自己制造黑洞,一个更令人兴奋的技术可能性是将它们用作计算机。鉴于黑洞能容纳的信息比任何其他已知天体都要多,它们似乎是完成这一任务的理想选择。根据以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦的说法,理论极限指出,一比特信息可以编码在黑洞视界的普朗克面积上,这使得黑洞在每平方米事件视界上能容纳10的69次方比特信息。
将这一规模与目前最好的计算机相媲美,后者最多能容纳一万亿比特信息。除此之外,比特翻转率——它告诉我们使用黑洞进行计算的速度有多快——高达每焦耳每秒10的33次方次运算,正如物理学家塞斯·劳埃德计算的那样——这再次比当前计算机高出好几个数量级。
因此,就信息而言,我们以正确的状态准备物质。然后它形成一个黑洞,在此过程中计算得以执行。那么,既然没有任何东西能离开黑洞,我们如何读取答案呢?1974年,斯蒂芬·霍金在这里让我们大吃一惊,他证明了如果黑洞是量子物体(同时也是引力物体),它们可以发射辐射(称为霍金辐射)。事实上,进入黑洞的信息随后会被转化,但其总量始终守恒。在量子黑洞内部,没有信息会丢失。这意味着我们只需等待黑洞蒸发,而对此辐射的测量就将构成我们计算的输出。
像中央情报局这样的机构可以通过监测我们房屋的热量输出来监听我们;这会揭示我们的计算机产生的0和1序列,因为值为1的比特通常比值为0的比特能量消耗更高。同样地,我们也可以探测到外星生命,因为通过黑洞进行信息处理会产生一种与任何其他自然源截然不同的辐射特征。
这将是一举两得:我们不仅会发现宇宙中存在其他智慧生命,而且通过解读它们的计算,我们或许还能学到新的物理学知识,并知道如何利用它来设计更强大的设备。
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