最開始可能是衣服變得雜亂,接著是書本、智障、筆、數據線、快遞箱開始出現在各個位置,最終變成一個狗窩。
這裡屋子混亂的定義就是熵,混亂程度越高,熵就越高,也就是所謂的熵增。
熵減則是指在一個封閉係統中,係統的熵值隨著時間的推移而減少——這在正常情況下是不可能的,除非你人工乾預性的對你的臥室進行整理,否則房子它自己無法自潔。
簡潔明了.jpg。
熵增概念同樣在宇宙角度成立,物理學界公認宇宙的熵一直在增加,因為行星不停在變化:
有的星球彼此相撞碎裂成小塊,有的星球壽命終止變成了紅巨星等等。
但是
對於黑洞這玩意兒,很多學者的看法就不一樣了:
他們認為黑洞是不存在熵的。
因為根據上麵打掃屋子的舉例,再複雜的東西被黑洞吞下去後“狀態”都會變得簡單,那麼理論上來說這屬於熵減的情況。
可是熵減在獨立係統中是不允許出現的情況,因此黑洞隻能是萬無】狀態——沒有生命,沒有光,沒有熵。
也就是所謂的幺正性原理。
結果沒想的是
徐雲張口不但說黑洞有熵,而且居然還說黑洞熵正比於它的表麵積?
要知道。
黑洞的表麵積是不停在增大的,如果黑洞熵正比於表麵積,那麼豈不是說黑洞係統是熵增狀態?
想到這裡。
楊振寧忍不住再次深吸了一口氣,強忍著駁斥異端的衝動,對徐雲問道:
“小徐,口說無憑,你的證據呢?”
徐雲抬頭看了眼牆上的時間,不知不覺自己和楊振寧的聊天已經持續一個小時了:
“楊先生,首先我們要明確一點,參數化一個黑洞,理論上來說隻需要三個量。”
“也就是質量m,電荷q和角動量j,這個沒問題吧?”
楊振寧點了點頭:
“嗯。”
早先提及過。
愛因斯坦場方程有個最早同時也是最有名的特解,叫做史瓦西解。
這個解所描述的物體就是黑洞,其中黑洞的視距界限就是所謂的史瓦西半徑,因此有部分黑洞也叫作史瓦西黑洞。
史瓦西黑洞是靜止的球對稱黑洞,隻有一個參數,即質量m,也是模型上最簡單黑洞。
接著在史瓦西黑洞的基礎上,物理學家推導出了旋轉的黑洞,也就是克爾紐曼黑洞。
它是q=0的克爾黑洞的推廣,也是整個宇宙中最普遍的一種黑洞。
根據克爾紐曼線元顯示,描述黑洞隻需要質量m,電荷q和角動量j就行了。
接著徐雲靜心聽了聽話筒對麵的動靜,很快,電話對頭傳來了一道‘嗒吧’聲。
這是楊振寧將筆放到桌麵上的聲音,代表著楊振寧已經寫好了算式。
於是徐雲很快便又說道:
“在這個基礎上,當年羅伯特·傑勒西提出了一個駁斥廣義第二定律的思想實驗。”
“也就是將一個物體緩慢的挪到黑洞視界處,並把它扔進了黑洞裡頭。”
“這時可以發現,黑洞的熵並沒有增加,而物質的熵減小了,因此廣義熵在這一過程中是降低的。”
楊振寧點了點頭,這是一個非常有名的思想實驗。
隨後徐雲深吸一口氣,繼續說道:
“但實際上呢,由於物體有厚度為了方便舉例,這裡就假設用一個球做實驗好了。”
“對於一個球形物體,因為它具有有限的半徑r,實際上我們不可能把它降低到黑洞視界才能扔進去——在視界上方r固有距離的時候就截止了。”
“這時黑洞熵會增加一些,而物質的熵會消失,從而保證廣義第二定律的成立。”
楊振寧頓時虛起了眼,這倒是個挺新奇的角度。
接著不等楊振寧細思,徐雲又開口了:
“那麼楊先生,如果這個過程不是一個球和一個黑洞,而是”
“兩個黑洞同時合並呢?”
“黑洞合並?”
楊振寧下意識看向了自己最初在紙上畫的那個代表著黑洞的o】,目光焦距迷失了片刻,緊接著便呼吸一滯,飛快拿起筆書寫了起來。
“一般穩態黑洞滿足dm=κ8πgda+Ωdj+Φdq”
“如果假設黑洞與黑洞合並,那麼由球例子可知da/dt0,同時引入角動量”
聽到楊振寧計算中的自言自語,徐雲的臉上亦是忍不住浮現出了些許感慨。
黑洞。
這是一個物理學史上非常特殊的話題。
它的特殊性不僅在於它的現象性質,還在於它的時間跨度。
上頭提及過。
它的概念早在1783年就被提出來了,那時候小麥他爹都還是個受精卵呢.
但直到19世紀的第二個十年,物理學界才在數學上對它有了一定了解。
然而這僅僅還是個開始。
按照曆史發展。
從1920年開始,物理學界對黑洞的研究還會停滯整整五十年,直到1970年前後才會出現關鍵性的突破。
這個突破便是霍金提出的黑洞麵積定律,以及雅各布·貝肯斯坦根據霍金定律提出的貝肯斯坦極限,也就是貝肯斯坦霍金熵。
貝肯斯坦極限解釋起來很複雜,總結起來其實就一句話:
半徑r的球體,總能量包括靜止質量相應的能量在內為e,那麼這一球體的熵最多是2πkcer。
從這個角度上來說,人的想象力是無窮無儘的】這句話其實也是錯的。
人的大腦大約重1.5kg,體積是1260cm^3,如果看作球體則半徑為6.7cm。
按一般人腦的尺寸和質量計算,人最多隻能有10^42種念頭。
即便人們意識上傳,變成巨大計算機中流動的思維,這個界限仍然存在。
地球大小的計算機或“大腦”,也最多隻有10^75種念頭罷了。
256位密鑰就可能讓這計算機硬算快兩分鐘,512位密鑰則可能要硬算將近10的72次方年——因此某些裡某某角色一個念頭可以推演古今的情節壓根就不存在,實際上連個密碼鎖都未必破解的了,咳咳.
同時限製這點的還有布雷莫曼極限,1kg物質1秒能夠達到的最快的運算速度是1.36*10^50次方個bits算了還是不毀玄幻了。
總而言之。
貝肯斯坦極限證明了黑洞擁有黑洞熵,並且與黑洞的視界麵積成正比。
這個過程雖然是純數學推導,但2015年ligo觀測到的引力波事件gw150914卻證明了這個推導的正確性。
同時很令人感慨的是。
貝肯斯坦極限這種後世你可以在《走進本土驢這類網絡裡看到的概念,在眼下這個時代卻屬於徹頭徹尾的奧秘極知識。
即便是楊振寧這樣的大佬,此前都聞所未聞。
(本章完)