分类： 弦理论

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人工智能的挑衅性言论：“人类是无知的”

提出宇宙问题：黑洞内部发生什么？

考虑以下有趣的问题： 黑洞内部的时空维度有多大？人工智能的不同反应凸显了我们目前的理解以及我们的局限性。

巴勃罗·卡洛斯·布达西，CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0，通过Wikimedia Commons

第一个视角：四维时空的连续性

一个回复声称，落入黑洞的物体不会失去任何维度。根据这种观点，时空在事件视界内外都保留了其四维结构（三个空间维度加上一个时间维度）。奇点（密度变为无限）实际上不是减少到 1D 的状态。相反，它代表了进入黑洞后广义相对论失效的点。尽管量子引力理论（例如圈量子引力）提出了替代方案（例如，避免奇点状态的“反弹”），但这些想法都没有涉及维度数量的减少。

第二个视角：奇点处的维度分解

同一人工智能随后的回应强调了不同的观点。在爱因斯坦的理论中，奇点被定义为密度无限大、时空曲率极大的点。这是广义相对论方程“失效”的地方。在这个经典图像中，时空失去了其明确的四维结构（3 个空间维度加 1 个时间维度）。对于非旋转黑洞或史瓦西黑洞，奇点被描述为 0D 点。相比之下，对于旋转（克尔）黑洞，奇点呈现 1D 环的形式。

Urbane Legend，CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/，通过Wikimedia Commons

调和矛盾：数学模型的产物

人工智能解释了这些看似矛盾的回答，并提醒大家，在广义相对论中，奇点不是一个物理对象。相反，它是一个数学产物。标签“0D”和“1D”是几何简写——概念占位符，表明我们的经典理论在哪里失败。实际上，这些名称（“这里有龙”）承认了我们目前对极端引力环境的理解存在局限性，尤其是涉及黑洞的环境。

拥抱理论物理学中的未知

总而言之，一种观点认为 时空依旧 在进入黑洞的整个过程中，四维都是如此。即使广义相对论在奇点处失效，情况也是如此。另一种观点认为，在奇点附近，熟悉的四维框架消失了。它会坍缩为 0D 点或 1D 环，具体取决于黑洞的旋转。最终，这两个答案都提醒我们当前理论的局限性，以及将广义相对论与 XNUMXD 统一起来的持续挑战 量子力学.

史蒂芬·霍金的洞见：阐明我们的局限性

26 年 2016 月 XNUMX 日斯蒂芬·霍金在 Reith 讲座上的一张图片进一步强调了这一点。霍金的见解提醒我们，虽然我们的 当前的黑洞模型 它们不仅捕捉到了现实的诸多方面，还暴露了我们知识上的严重差距。

在成功开发出量子引力理论之前，这些描述仍是近似值。它们既反映了人类的无知，也反映了我们的理解。

图片：来自 斯蒂芬·霍金 Reith 讲座，26 年 2016 月 XNUMX 日

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宇宙意大利面条：波粒二象性和隧穿的隐喻探索

以下是弦理论和光子的隐喻。隐喻通常用于说明数学概念。但并非所有隐喻都被视为平等。

热情的讲解者雷：

让我们来理解这一点。
以下比喻只是对光子、隧道效应或额外维度工作原理的想象性描述，而非准确模型。它混合了量子力学的特征和弦理论的推测元素，并不反映当前的科学理解。

想象光子

在尝试寻找一个点状或线状光子表现出量子隧穿的视觉模型（但失败了）之后，我要说的是，光子在自然状态下就像一个弯曲的（旋转的）实体，基本上是宇宙意大利面条。不是软塌塌的晚餐那种。相反，它是 al dente 就像是活跃的太空鳗鱼一样，用头和尾巴在四维空间中蠕动！当然，这是比喻的说法。

波浪形的光子体延伸至第三和第四维度。该模型解释了光子二元性的点状粒子方面（头部）和波状方面（波浪线）。

困惑的现实主义者库尔特:
那个可视化只是一个比喻，并不对应量子力学或弦理论中任何公认的模型。这就是你的量子隧穿宏大理论？

射线:
现在，当这个光子撞到物理屏障时，它会被挤压到零维和一维，就像一个鸡蛋以光速撞击砖墙一样。 啪。 0D 和 1D 维度不了解空间或时间。这使得光子能够几乎瞬间（比光还快）穿过固体物体。

对于外行人来说，这是一个巧妙的比喻和描述。

库尔特：
将隧穿描述为导致瞬间穿越的“维度压缩效应”是一种隐喻，没有任何既定的物理学依据。为什么不直接说他们在作弊？“哦，对不起，屏障，就像一个迟到做瑜伽的幽灵一样穿过你的原子结构——”

射线：
科学需要戏剧性！光子的曲线被压入第一维——可以把它想象成宇宙中最糟糕的煎饼。没有空间，没有时间。 of 它能穿过墙壁。比光还快，零卡路里。

库尔特：
您对光子像鸡蛋一样撞击砖墙的描述很新颖，不属于当前科学理解的一部分。物理学家没有因此而责骂您吗？

射线：
他们太忙于争论了！三十年来，他们一直在争论到底是“相速度”还是“信号速度”，或者信号是否能以比光更快的速度穿过障碍物。这就像两只鹦鹉在互相叫着“因果关系！”。“严肃的”科学家说，在任何情况下，没有任何东西可以比光更快的速度传播信息。

与此同时，光子就在那里，像拥有通往现实的 VIP 通行证一样，可以穿过墙壁。波粒二象性是量子力学 (QM) 的基石，而不是弦理论。为了便于说明，我将其纳入两者。这就是为什么这个比喻在这种情况下是有意义的。

库尔特：
波粒二象性是量子力学的概念，这个说法是正确的，在弦理论的背景下以所描述的方式援引它是具有启发性的。

射线：
这个比喻将隧道视为一种维度压缩效应。

库尔特：
目前，这在弦理论或量子力学中没有依据。‘维度压缩’——听起来像是我最后一段恋情。

美国宇航局的光子图示。看起来像蝌蚪（我假设高能光子旋转得更快。）

射线：
在这张 NASA 的插图中，一个光子（紫色）携带的能量是另一个光子（黄色）的 100 万倍。NASA 是科幻概念艺术的大师。“这是一个紫色光子，比黄色光子有趣 100 万倍！它有 的态度。和

库尔特：
显然，NASA 的插图旨在简化和激发讨论；它们不应被视为高级物理理论中光子行为的文字描述。科学 5% 是方程式，95% 是让人们相信宇宙是一幅使用隐喻的卡通画。

射线：
所以隧道只是......通过生存危机进行宇宙传送？

库尔特：
没错！光子对存在的恐惧使它坍缩成一个点。 我是谁？时间在哪里？ 然后砰的一声——它穿过了屏障。存在主义：1，物理学：0。因为否则，我们就只能用 数学。  没有人希望这样。

旁白（低沉的声音）：
因此，量子力学的奥秘依然存在。
但至少每个人都同意隐喻需要提升。