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新定律暗示热力学时间在黑洞内部倒流

我们都知道黑洞有很多奇怪的特性，像是没有任何东西，甚至是光，在掉进黑洞后还可以逃脱。但同样奇怪的特性却鲜有人知道的是，黑洞好像是知道未来会发生什么事，以便于在一开始就形成。然而，这个奇怪特性开始于黑洞被定义的方式，这给了一些物理学家探索其他的定义。

在物理评论通讯(Physical Review Letters)发表的一篇新论文，加州大学柏克莱分校教授Raphael Bousso和劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)以及加州大学圣塔芭芭拉分校(University of California ， Santa Barbara )研究生Netta Engelhardt，提出一项在广义相对论下新面积定律(new area law)的报告。

这项新定律是根据一个解释，把黑洞当做弯曲几何物体(curved geometric object)，称为”全息萤幕(holographic screens)”。

Engelhardt告诉Phys.org：“这个所谓的黑洞事件视界目的论(teleology)，是物理学家在定义事件视界的人为加工方式：事件视界是关于无限未来流逝时间(infinite future elapsed time)的定义。因此，藉由定义，它’知道’有关整个宇宙的命运。在广义相对论中，黑洞事件视界无法在有限时间被任何实质观察者观察到，并且做为一个实体黑洞知道未来的无限也没有意义。它只是描述黑洞的一个方便的方式。”

如同Engelhardt所解释，一个全息萤幕如此有趣的原因是，它们被定义在一种方式，依赖更多的局部特性以及不需要未来无限的资讯。

她说：“这是造成像全息萤幕的物体如此有吸引力的一个特性：在它们被定义的方式之下，它们没有受损于如此奇怪的特性。”

在他们的论文，物理学家报告一项新面积定律，讲述全息萤幕面积朝哪一个方向增加，端赖萤幕是一个”未来全息萤幕”，或者是一个”过去全息萤幕”。如同科学家解释，这两种类型的萤幕对应于不同类型的重力场。

Engelhardt说：“全息萤幕是强烈重力场区域一个局部边界的观念。未来全息萤幕对应于重力场把物质拉在一起(例如：黑洞、大崩坠)；而过去全息萤幕对应于把物质向外散开的区域(例如：大爆炸、白洞)。”

这个新面积定律陈述，未来全息萤幕面积总是朝一个方向增加，而过去全息萤幕面积总是朝第二个(不同的)方向增加。当从热力学的观点以及使用时空是一个全息图的想法来看，这个定律有一些吸引人的解释。根据全息原理(holographic principle)，在某一地区的资讯或熵的量，与表面面积有关。因此藉由解释这个面积是熵的一个领域，这个面积定律能够揭露热力学时间的方向(如同科学家所提，是和数学上的时间不一样)。

新的定律说未来的全息萤幕(蓝线a)永远往一个方向扩张，而过去的全息萤幕(蓝线b)永远往不同方向扩张

因为未来和过去全息萤幕面积朝不同的方向增加，两个萤幕类型的时间方向是不同的。在过去全息萤幕，时间是向前移动。膨胀的宇宙，例如我们的宇宙，牵涉到过去全息萤幕，因此我们自然意识到热力学时间是向前跑。相较之下，时间在未来全息萤幕是向后跑。就某种意义上来说，这样的解释有个奇特的结果，热力学的时间在黑洞内是倒流，然后崩塌宇宙。

科学家在他们的论文也提到，这是自从1971年以来，在广义相对论下第一个新的、明显可应用的面积定律，当时 史帝芬霍金(Stephen Hawking)展示黑洞的事件视界(也就是它的总表面面积)绝不会变得更小。然而在后来，霍金展示在量子效应之下，黑洞放射出辐射，这个放射造成黑洞的事件视界、表面面积、以及质量会随着时间减小，因此黑洞最终蒸发。然而在没有量 子效应之下，霍金面积定律依然有效。

对Bousso和Engelhardt来说，这也是一个未来研究的领域，调查新面积定律如何可以在量子效应下保持完好。

Engelhardt说：“我们的面积定律在量子效应不存在时有效。然而在未来，我们希望证明一个更广义的面积定律，在特定的量子效应下更为普遍地有效。”