一只大象不幸掉進(jìn)了黑洞。更不幸的是,，黑洞蒸發(fā)干凈了,，大象也不見了蹤影。信息不是不滅的嗎,？那么大象所含的信息怎么會無緣無故地消失了呢,？

黑洞是個吞噬一切的宇宙怪物，它們是一些我們看不見的天體,，只要外界的物質(zhì)落入它們的勢力范圍（科學(xué)上把這個范圍的邊界叫做“黑洞視界”）,，就再也別想跑到黑洞之外，即使是宇宙中奔跑速度最快的東西——光,，也不能逃脫黑洞巨大引力的束縛,。

黑洞的霸道讓人顫栗，不過它們畢竟距離地球很遠(yuǎn),，所以我們地球人還是很安全的,。只是自從20世紀(jì)70年代以來,，黑洞設(shè)下了一道難題，讓科學(xué)家頭疼了幾十年,。那個時候,，英國著名天文學(xué)家斯蒂芬·霍金從理論上證明，黑洞其實(shí)也不是完全只吃不吐,，它也會向外輻射能量,，這就是所謂的黑洞蒸發(fā)。只是黑洞蒸發(fā)的速度驚人得慢,，一個大一點(diǎn)兒的黑洞要許多許多億年才能蒸發(fā)干凈,。

問題來了，不論黑洞蒸發(fā)速度有多慢,，它總會有蒸發(fā)干凈的一天,，最后一丁點(diǎn)兒的東西都不剩。那么,，假設(shè)曾經(jīng)有一只大象不幸落入了黑洞之中,，再也沒能跑出來，在黑洞蒸發(fā)干凈的時候,，那這只大象所含的信息去哪里了,？

這其實(shí)是個非常嚴(yán)肅的理論問題。因為根據(jù)描述微觀世界的量子理論,，宇宙中的信息是不會憑空消失的,，大象的質(zhì)量、形狀,、結(jié)構(gòu)等特征,，就是大象的信息。就算大象死掉了,，原來的信息轉(zhuǎn)換成了新的信息,，比如腐爛的象肉、腐臭的氣味,，但總歸信息是不會丟失的?？墒歉鶕?jù)黑洞理論,，大象攜帶著自己的信息落入了黑洞，而黑洞蒸發(fā)之后,，這些信息居然不見了,，這就違背了量子理論。

而且,，這只大象也不可能在黑洞還沒蒸發(fā)完的時候,，從黑洞里偷偷溜出來,，否則，它將違背愛因斯坦的廣義相對論,，因為根據(jù)廣義相對論,，宇宙中任何物體的速度都不能超過光速，大象當(dāng)然也不能超光速奔跑,，因此它沒有跑出黑洞之外的可能,。

這就是黑洞信息丟失謎團(tuán)，它向我們展示了目前物理學(xué)的兩大理論——研究宏觀世界的廣義相對論和研究微觀世界的量子理論——之間的深刻矛盾,。從黑洞中憑空消失的大象告訴我們,，要么廣義相對論有問題，大象所含的的信息能從黑洞跑出來,；要么量子理論有問題,，信息是可以憑空消失的；要么,，兩者可能都有問題,。

科學(xué)家目前正致力于把廣義相對論和量子理論統(tǒng)一在一起，形成一個能解釋萬物規(guī)律的“大統(tǒng)一理論”,，一個能解釋大象去哪里了的理論,。

加拿大物理學(xué)家斯莫林一直致力于大統(tǒng)一理論的研究，而且最近,，他獲得一些有趣的發(fā)現(xiàn),，比如他提出，時空可能根本不是我們過去所認(rèn)為的那樣,，正是對時空的錯誤認(rèn)識,，讓我們無法解釋黑洞中的大象去了哪里。

長期以來,，人們曾經(jīng)認(rèn)為,，時間是時間，空間是空間,，兩者各自獨(dú)立,，沒有什么聯(lián)系。直到愛因斯坦的相對論提出來,，人們才認(rèn)識到,，時間和空間其實(shí)是密不可分的，兩者共同構(gòu)成了我們周圍的時空,。從維度上講,，時間是一維的，空間是三維的,，因此時空是四維的,。有質(zhì)量的物體會引起周圍時空的彎曲,，但不管怎樣，宇宙其他角落的智慧生命和我們都處于性質(zhì)相同的四維時空之中,。

但是,，斯莫林發(fā)問了，我們觀察一下周圍,，看得到時間和空間嗎,？比如我們打算看一下現(xiàn)在幾點(diǎn)了，當(dāng)我們看手表的時候,，從手表反射過來的光子擊中了我們的視網(wǎng)膜,。真正觸動我們視網(wǎng)膜的東西，是這些光子的能量和動量,，根據(jù)光子的這些信息,，我們的大腦分析出了手表所顯示的時間。

所以,，我們并沒有看到時間和空間,，換句話說我們沒看到四維時空。那我們看到的是什么呢,？

另一種空間,！這是由能量和動量所組成的空間，這個空間在物理學(xué)上叫做——動量空間,。與四維時空類似,，動量空間也是四維的，其中的一維是能量,，而另外三維,，是動量的三個分量。

表面看起來,，科學(xué)家構(gòu)建出來的動量空間似乎只是個數(shù)學(xué)游戲而已,，四維時空已經(jīng)很好地解釋了宏觀世界，我們再構(gòu)建個動量空間,，似乎沒有必要,。但其實(shí)在某些方面,，動量空間比四維時空顯得更加真實(shí),。

比如在粒子對撞機(jī)中，粒子們高速地相撞,，變成其他一些粒子，涉及到能量和動量的轉(zhuǎn)換,；我們利用天文望遠(yuǎn)鏡觀察遙遠(yuǎn)的天體,，實(shí)際上我們觀察到的不過是光子的能量和動量這類信息,。至少從這些觀察上講，不論宏觀世界還是微觀世界,，我們也許并不是生活在時間和空間中，而是生活在由能量和動量構(gòu)成的動量空間里,。

更令人深思的是,，早在1938年，德國物理學(xué)家馬克斯·玻恩就發(fā)現(xiàn),，不論是用時空坐標(biāo)系還是動量空間坐標(biāo)系，量子理論的幾個關(guān)鍵方程的表達(dá)都是一樣的,。于是玻恩猜想，人們能否通過這種聯(lián)系,，把描述宏觀時空的廣義相對論和描述微觀粒子動量和能量的量子力學(xué)統(tǒng)一起來呢,？

玻恩當(dāng)時還猜想，既然愛因斯坦的四維時空能夠被恒星,、星系的質(zhì)量所彎曲,，那么動量空間也應(yīng)該會被某些事物所彎曲。

如果動量空間是彎曲的,，而且它是真實(shí)存在于我們周圍的，會對我們的生活有什么影響呢,？斯莫林發(fā)現(xiàn),，彎曲的動量空間將根本性地修正愛因斯坦告訴我們的宇宙觀。

在廣義相對論中,，宇宙各處的觀察者都處于相同的四維時空中,，他們觀察某個星體的位置時，不會有什么地點(diǎn)上的歧異,?？墒窃趧恿靠臻g中，情況完全不同,。例如,，如果一顆超新星距離你有100億光年遠(yuǎn)，這顆超新星發(fā)出的光的能量大約是100億電子伏特，那么你測量這個星體在時空中的位置,，如果超新星附近也有一個觀察者測量了這個星體的位置,，你們兩人得到的位置是不一致的，相差1光秒,，即光跑1秒的距離（30萬千米）,。也就是說，如果你和那個觀察者交流一下超新星的位置,，他會覺得你給出的超新星的位置有30萬千米的偏差,。

這就是說，在彎曲的動量空間中,，星體的位置其實(shí)并不是固定的,，而是要取決于觀察者站在什么位置，斯莫林把這個現(xiàn)象稱為星體具有“相對地點(diǎn)”,。

一個觀察者對周圍時空的測量結(jié)果,，和另一個觀察者是不一樣的，而且從理論上講,，兩個觀察者的距離越遠(yuǎn),，測量結(jié)果差別就越大；或者兩個觀察者在測量時的時間差距越大,，測量結(jié)果的差別也就越大,。

相對地點(diǎn)的概念可以很好地解釋黑洞中的大象為什么失蹤了。假設(shè)在大象不幸落入了黑洞的時候,，我們看到了這悲慘的一幕,。然后我們守候在黑洞旁邊，經(jīng)過了許多億年之后,，黑洞蒸發(fā)干凈了,，此時我們觀察不到大象了。那么,，當(dāng)我們回溯大象落入黑洞的那一刻時,，根據(jù)動量空間的性質(zhì)，那時大象所處的地點(diǎn)已經(jīng)變得不確定了,，因為作為觀察者的我們,，那時和此時是不一樣的。所以,，在黑洞蒸發(fā)完畢的時候,，我們竟然無法判斷，大象當(dāng)年是否真的落入了黑洞之中,，還是與黑洞失之交臂,，幸運(yùn)地逃脫了黑洞的魔爪。

于是，所謂的黑洞信息丟失,、大象失蹤的謎團(tuán),，就這樣暫時解決了。簡單地說,，大象的位置取決于觀察者，它出現(xiàn)的位置是會改變的,！

相對地點(diǎn)給我們頭腦中的世界面貌以重重的一擊,。如果我們周圍的時空也是取決于觀察者的，也是變化的,，你看到的時空和我看到的時空并不是一致的,，那么真實(shí)世界到底是什么呢？動量空間才是宇宙的“大背景”,，天體和粒子在其中馳騁嗎,？

斯莫林認(rèn)為，宇宙并不是虛無縹緲的,，應(yīng)該存在一個穩(wěn)定的,、絕對的時空，大到天體,、小到粒子的各種物質(zhì),，都是這個時空中的“居民”，那頭在黑洞中失蹤的大象,，也是這個時空的居民,。

這個穩(wěn)定的時空，應(yīng)該是我們已經(jīng)知曉的四維時空和動量空間的結(jié)合,，它可能有8個維度,，包含了時間、位置,、動量,、能量等各種特性。四維時空和動量空間只是這個8維時空“硬幣”的兩個面,，斯莫林把這種設(shè)想中的時空叫做“相空間”,，它才是我們所處的宇宙的真正“大背景”。

愛因斯坦的相對論也好,，目前的量子理論也好,，都只是對這個更高維度的相空間的部分描述。相空間把原來割裂的時空,、能量,、動量都統(tǒng)一了起來，如果科學(xué)家能夠找到適合描述相空間的理論，這個理論應(yīng)該就是大統(tǒng)一理論,。

因此,，那頭大象所含的信息雖然在黑洞蒸發(fā)時消失了，但它僅僅是在四維時空中消失了,，并沒有在8維時空中消失,，它所包含的信息依然存在于宇宙之中，只是我們從四維時空的角度觀察不到了而已,。

相空間是真實(shí)的嗎,？相對論已經(jīng)證明了四維時空的存在，接下來科學(xué)家的任務(wù)是證明動量空間的存在,。

我們知道,，質(zhì)量會造成四維時空的彎曲，斯莫林認(rèn)為,，同樣具有四個維度的動量空間,，也會由于某種原因，而產(chǎn)生彎曲,。如果動量空間是彎曲的,，就會在宇宙中制造出一些有趣的現(xiàn)象，比如它會對宇宙中的伽馬射線暴產(chǎn)生影響,。

伽馬射線暴是宇宙早期的大質(zhì)量恒星在死亡時發(fā)出的伽馬射線,，往往在幾秒鐘內(nèi)恒星釋放的能量就相當(dāng)于幾百顆太陽一生釋放的能量。伽馬射線暴中既有高能光子,，也有低能光子,。如果動量空間是彎曲的，那么從理論上講,，在同一次伽馬射線暴中,，一個高能光子和一個低能光子同時產(chǎn)生，向地球飛奔過來的話,，低能光子將先到達(dá),，而高能光子會后到達(dá)。

2005年,，天文學(xué)家第一次在望遠(yuǎn)鏡中觀察到,，一次伽馬射線暴產(chǎn)生的高能光子的確比低能光子更晚到達(dá)地球；2008年美國發(fā)射升空的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡也證實(shí),，確實(shí)存在這個現(xiàn)象,。

但是，人們目前并不清楚,，高能光子遲到的現(xiàn)象的確是彎曲的動量空間造成的,，還是由伽馬射線暴自身的特性造成的,。假如伽馬射線暴是瞬間爆發(fā)的，我們可以說高能光子和低能光子同時產(chǎn)生,，那么兩者抵達(dá)地球的時間不同,，就可以證明彎曲的動量空間是存在的。

但伽馬射線暴也許先釋放出低能光子,，在若干秒之后,，才釋放出高能光子，于是兩者抵達(dá)地球的時間就產(chǎn)生了差異,。如此一來,，彎曲的動量空間是否存在，就不一定了,。

解決方案還是有的，那就是收集更多的,、從不同位置產(chǎn)生的伽馬射線暴的信息,。如果高能光子遲到現(xiàn)象是伽馬射線暴自身特性產(chǎn)生的，比如先產(chǎn)生了低能光子,，一定時間后又產(chǎn)生了高能光子,，那么不論這些伽馬射線暴出現(xiàn)的距離遠(yuǎn)近,，兩種光子到達(dá)地球的時間差就是相同的；如果遲到現(xiàn)象是彎曲的動量空間產(chǎn)生的,，不同伽馬射線暴的高能光子遲到的時間就會不一樣,。天文學(xué)家正在做這方面的觀測,，以證明彎曲的動量空間是否存在。

愛因斯坦雖然把時間和空間統(tǒng)一到了四維時空中,，但長期以來,，人們割裂地看待時空與能量、動量的關(guān)系,。也許,，下一次物理學(xué)革命正在開啟，時空與能量,、動量也將被統(tǒng)一在相空間之下,，我們的宇宙觀將再次升華。