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硬碟掉入黑洞,D槽裡的電影還會在嗎?

活躍星系核_96
・2015/04/14 ・979字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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編譯 / 許瑞福(台大電機系雙主修哲學,人文與科學的兩棲類)

困擾物理學界近四十年的問題-黑洞中的「資訊遺失悖論」-很可能根本不存在!

將文件切碎,你還是可以想辦法拼回來。把書燒掉,理論上你也可以辦到同樣的事。但如果把資訊傳入黑洞中,就永遠找不回來了?這是物理學家爭論已久的問題,黑洞是否如同一座終極金庫,把資訊吸入並永久蒸發,不留下任何蛛絲馬跡。最新的研究顯示這個觀點很可能是錯的!

水牛城大學(University at Buffalo)物理學家Dejan Stojkovic博士說:「根據我們的研究,資訊並不會因進入黑洞就遺失。」

Stojkovic於《物理評論》(Phsical Review Letters)上,與他的博士生Anshul Saini共同發表了〈從崩塌物體的輻射具明顯的資訊守恆〉(Radiation from a Collapsing Object is Manifestly Unitary)。

這份論文簡述黑洞輻射粒子的交互作用,揭示不少關於構成黑洞的物體的特性,甚至透露了關於內部的物質與能量的資訊。

Stojkovic認為這是一項重大的發現,因為即便是深信資訊不會在黑洞中遺失的物理學家,也很難使用數學描述這個現象,但他的論文卻能清清楚楚地計算出資訊是如何被保留。

從霍金(Stephen Hawking)提出黑洞輻射的概念已經超過四十年的問題-「資訊遺失悖論」(information loss paradox),這份研究可說是一大進展!資訊遺失悖論一直是物理研究上的一大問題,如果黑洞中的資訊跟著黑洞一同消失,將破壞量子力學中的資訊守恆的原則。

粒子交互作用背後的隱藏資訊

在1970年代,霍金提出黑洞能夠輻射粒子,而失去的能量將造成黑洞縮小甚至於消失。霍金甚至說輻射的粒子,並不會透露黑洞內部的任何線索;這意味著隨著黑洞的變化,其中的資訊將永遠消失。

霍金隨後修正他的說法,認為資訊是否無法逃離黑洞,或是從黑洞中找回資訊的可能性仍有待商榷,而Stojkovic和Saini的新研究正好幫助我們更加了解真相。

除了觀察黑洞本身的輻射粒子外,這份研究也考慮了粒子間的微弱互動。如此一來,黑洞外的觀察者就有可能找出黑洞中的資訊。

粒子間的互動包含重力或是中介物的交換(例如光子)。這樣的對應關係早就被發現,但過去的科學家們並不太重視。

Stojkovic說:「由於被認為過於微小而無法造成影響,這些對應關係在相關的計算時常被忽略。我們的計算發現雖然這樣的對應關係一開始非常微小,隨著時間的會逐漸變大而改變結果。」

資料來源:

研究文獻:

  • Saini, A., & Stojkovic, D. (2015). Radiation from a collapsing object is manifestly unitary. Physical review letters, 114(11), 111301.
文章難易度
活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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被吸進黑洞會怎樣?黑洞和一般的洞,哪裡不一樣?——《宇宙大哉問》
天下文化_96
・2022/09/24 ・2414字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者/豪爾赫.陳、丹尼爾.懷森
  • 譯者/徐士傑、葉尚倫

如果我被吸進黑洞會怎麼樣?

很多人似乎都有這個疑問。

如果路上突然出現一個黑洞,會發生什麼事?圖/天下文化提供

「進入黑洞後會發生什麼事呢?」在許多科學書籍中都有提到,也是我們聽眾和讀者經常提出的問題。但是為什麼大家對這問題特別有興趣呢?難道公園裡處處都是黑洞?或是有人計畫在黑洞附近野餐,但又擔心放任他們的孩子在旁邊跑來跑去會發生問題?

可能不是。這個問題的吸睛度與實際上會不會發生無關,而是源自我們對迷人太空物體的基本好奇心。眾人皆知,黑洞是神祕莫測的奇怪空間區域,是時空結構中與宇宙實體完全脫節的「空洞」,任何東西都無法逃脫。

不過,掉入黑洞是什麼感覺呢?一定會死嗎?和掉進普通洞裡的感覺有什麼不同?你會在洞內發現宇宙深處的祕密,還是看到時空在你的眼皮子底下伸展開來?在黑洞裡面,眼睛(或大腦)能正常發揮功能嗎?

只有一種方法可以找到答案,那就是跳進黑洞。所以抓起你的野餐墊,和你的孩子說聲再見(也許是永別),然後牢牢抓緊,因為我們即將深入黑洞公園展開終極冒險。

讓我們跳進黑洞尋找答案吧!圖/天下文化提供

接近黑洞

當你接近黑洞時,注意到的第一件事可能是,黑洞確實看起來就像「黑色的洞」。黑洞是絕對黑色,本身完全不發射或反射光線,任何擊中黑洞的光都會被困在裡面。所以當你觀察黑洞時,眼睛看不到任何光子,大腦會將其解釋為黑色。

黑洞也是個不折不扣的洞。你可以將黑洞視為空間球體,任何進入黑洞的東西都會永遠留在裡面。這是因為已經留在黑洞內的東西所造成的重力效應:質量在黑洞中被壓縮得十分密集,進而產生巨大的重力影響。

為什麼?因為離有質量的東西愈近,重力愈強,而質量被壓縮代表你可以十分靠近質量中心。質量很大的東西通常分布得相當分散。以地球為例,地球質量大約與一公分寬(大約一個彈珠大小)的黑洞等同大小。如果你與這個黑洞距離一個地球半徑長,感受到的重力就如同站在地球表面一樣,都是 1g。

如果你與黑洞距離一個地球半徑長,感受到的重力就如同站在地球表面一樣。圖/天下文化提供

但是當你分別接近兩者中心時,會發生截然不同的狀況。當你愈靠近地球中心點,愈感覺不到地球重力。那是因為地球圍繞著你,把你平均的往各個方向拉。相反的,當你離黑洞愈近,感受到的重力愈大,因為整個地球質量近在咫尺的作用在你身上。這就是黑洞強大的威力,超緊緻質量對周圍事物立即產生巨大影響。

當你離地球中心越近,就越感受不到重力,但當你離黑洞中心愈近,感受到的重力卻越大。圖/天下文化提供

真正緊緻的質量會在自身周圍產生極大重力,並且在一定距離處,把空間扭曲到連光都無法逃脫(請記住,重力不僅會拉動物體,還會扭曲空間)。光不能逃脫的臨界點稱為「事件視界」,在「某種程度」上,事件視界定義了黑洞從何處開始,以此距離為半徑的黑色球體則稱為黑洞。

黑洞的大小會隨著擠進多少質量而發生變化。如果你把地球壓縮得足夠小,會得到一個彈珠大小的黑洞,因為在大約一公分距離內,光再也無法逃脫。但是如果你再壓縮更多質量,黑洞半徑就會更大。例如,你把太陽壓縮變小,空間扭曲程度更高,事件視界更遠,大約發生在距離中心點三公里處,因此黑洞寬度約六公里。質量愈大,黑洞愈大。

黑洞的大小會隨著擠進多少質量而發生變化。圖/天下文化提供

其實,黑洞的大小並沒有理論限制。在太空中我們已探測到的黑洞寬度,最小約有二十公里,最大可達數百億公里。實際上,黑洞形成的限制只有周圍環繞物質的多寡,以及所允許的形成時間。

當你接近黑洞時,可能會注意到的第二件事是,黑洞通常不孤單寂寞。有時你會看到周圍東西掉進黑洞。或者更準確的說,你會看到東西在黑洞周圍旋轉等待落入。

這種東西稱為「吸積盤」,是由氣體、塵埃和其他物質組成。這些物質沒有被直接吸入黑洞,而是在軌道上盤旋等待、螺旋進入黑洞。這景象對於小黑洞而言,可能不是那麼令人印象深刻,但如果是超大質量黑洞,確實值得一看。氣體和塵埃以超高速度飛來飛去,產生非常強烈的純粹摩擦力,導致物質被撕裂,釋放出許多能量,創造出宇宙中最強大的光源。這些類恆星(或稱類星體)的亮度,有時比單個星系中所有恆星的亮度總和還要高數千倍。

超大質量黑洞能釋放出許多能量,創造出宇宙中最強大的光源。圖/天下文化提供

幸運的是,並不是所有黑洞,甚至是超大質量黑洞,都會形成類星體(或耀星體,就此而言,像是吃了類固醇的類星體)。大多數時候,吸積盤並沒有合適的東西或條件來創造如此戲劇化的場景。這也算是一樁美事,否則的話,你一靠近活動劇烈的類星體,可能會讓你在瞥見黑洞之前就氣化了。希望你選擇落入的黑洞周圍有個漂亮的、相對平靜的吸積盤,讓你有機會接近並好好欣賞。

——本文摘自《宇宙大哉問:20個困惑人類的問題與解答》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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只是買了標示不清的商品而已,會付上多大的代價?「資訊揭露」的必要與兩難——《資訊超載的幸福與詛咒》
天下文化_96
・2022/08/28 ・2649字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

除了嚴格規範,「資訊揭露」也是另一種做法

相較於較積極的監督管理方式,要求資訊揭露的一大優點在於較為靈活,也尊重自由市場運作的機制。政府監理法規往往會大刀一舉砍下,忽略異質性可能造成嚴重的不良效果。

舉例來說,強制規定電器必須達到一定的能效標準,就可能導致後續生產的產品性能變差,或提供消費者不想要的性能。

相較之下,要求提供資訊,是尊重消費者選擇的自由。要求汽車製造商測量並公布汽車安全規格,想買車的人可以在安全與其他考量(例如價格和樣式)上做出權衡;要是餐廳顧客都能知道餐點熱量,想減肥的人可以善用這項資訊,不擔心熱量的人也不受影響。

選購汽車時,業者公布汽車的規格與安全檢測,對消費者來說是相當重要的資訊。圖/Pixabay

單純揭露資訊,並不會干擾消費者自主,甚至有助於個人做決定時的自主權(以及決定的品質)。而且如果設計得當,還能提升決策時的效率。

然而,怎樣才是好的資訊揭露?

怎樣才叫設計得當?美國芝加哥大學法學院講座教授歐姆瑞.班夏哈(Omri Ben-Shahar)和密西根大學醫學院教授卡爾.施奈德(Carl Schneider)的一篇文章凸顯這個問題,篇名耐人尋味:〈強制資訊揭露的失敗〉(e Failure of Mandated Disclosure)。

兩位作者足足花了 12 頁列出美國聯邦與各州法律、行政規則,以及法院裁決中卷帙浩繁、有時荒謬無比的資訊揭露要求。

這些要求涵蓋幾乎所有類型的貸款、銀行帳戶、共同基金、信用卡、證券經紀人、信用報告機構、投資顧問、自動提款機、當鋪、發薪日貸款(payday loan)、先租後買(rent-to-own)合約、分期付款銷售、各類保險合約、汽車租賃、自助倉儲設施、汽車拖吊廠、汽車維修行,包山包海不一而足。

強制業者揭露,並不一定可以達成目的。圖/Pixabay

其中或許最有趣(可能也略顯驚悚)的例子,是要求加州殯葬業者告知棺材買家:「並無任何科學或其他證據顯示,具有密封裝置的棺材能夠保存人類遺體。」

對於資訊揭露的各項規定,班夏哈與施奈德深表懷疑。部分原因出於揭露方式通常設計不佳,部分原因則出於他們認為最後注定會失敗。

為什麼需要刻意揭露這些資訊?

不論他們的論點是否正確,只要仔細讀過文中列出的清單就會發現,政府通常在特定情況下才會強制要求揭露資訊:其一是買方手中的資訊較少、賣方手中的資訊較多;其二是買賣雙方的交易誘因在一定程度上不對等(請注意,在許多重要案例中,所謂買賣雙方指的可能是提供與接受建議的人)。

例如以下情況:

  • 汽車經銷商與汽車買主的互動。賣方比較了解自己販售汽車的安全性,但汽車安全性對於買方更重要。
  • 連鎖餐廳與用餐者的互動。賣方比較了解自己販售餐點的營養成分,但餐點的營養成分對於買方更重要。
  • 醫師和患者的互動。賣方比較了解不同的醫療檢測與療法,但可能會出於個人誘因,向患者推薦不符合患者最佳利益的特定檢測、藥物或服務(例如手術)。
  • 製造商與消費者的互動。製造商將生產工作外包給不當對待勞工或破壞環境的承包商,而消費者雖然喜歡低價,卻也想購買「綠色環保」或符合社會責任的產品。

資訊揭露除了想解決傳統資訊不對稱(asymmetric information)或誘因不一致(misaligned incentives)所形成的市場失靈;有時也是為了保護消費者不受傷害。

市場失靈是個體經濟學的術語,當競爭市場的運作發生問題時的經濟理論。圖/iportret

現在除了傳統的經濟理論,也能從心理學與行為經濟學得到支持強制資訊揭露的論點。這套新的論點,處理的是所謂「行為市場失靈」(behavioral market failure)。

行為經濟學參考一般經濟學的外部性(externality)概念,帶入內部性(internality)概念,也就是消費者替自己製造成本,但在決定當下並未意識到這件事。

舉例來說,吸菸者可能很享受吞雲吐霧,卻不想得肺癌;暴飲暴食造成肥胖問題的人,享受美食時很開心,卻仍苦惱於伴隨而生的健康問題;今天揮金如土快樂花錢的人,等明天發現口袋空空,可能也高興不起來。

想公開資訊,也要問人家願不願意啊!

請注意,光憑內部性這一點,還不足以構成充分理由要求強制揭露資訊;至少還要證明雙方的誘因有一定程度的不對等。

假設買方在第一時間做出的決定,將在下一個時間點造成長期的成本,而且程度超過第一時間得到的短期效益。這時,如果賣方的誘因與買方的長期利益一致,所提供的資訊或產品應該會努力減少或消除買方的內部性。

但很顯然,情況多半不是如此。

舉例來說,當速食店顧客並未加以考量餐點熱量對於健康的影響時,業者反而可能利用這一點,提供生產成本低、卻不利於健康的餐點。同樣的,買車的顧客沒注意油耗表現時,車商也可能大推生產成本低、更符合顧客其他需求的吃油怪物車款。

資訊揭露的形式十分多元,但究竟哪一種形式最合適,則視市場失靈的狀況而定;而根據能否驗證資訊真偽(資訊錯誤會受罰),決定會完全不同。

我們有辦法逼迫或是合理要求醫生公布所有療法背後的考量嗎?圖/Pixabay

舉例來說,速食店的熱量標示與車商的油耗標章都能夠透過科學驗證;但在醫師針對患者是否適合進行臨床實驗的判斷上,我們很難認定醫師是依專業做出診斷,抑或是收了介紹費。

假設資訊能加以驗證,資訊揭露就可以關注在解決資訊不對稱的問題;提供資訊給資訊不足的買方或建議的接受者,讓這場資訊競賽更公平。

舉例來說,政府要求藥廠在處方藥的包裝外加注警告標示,目的是減少藥廠與患者間的資訊不對稱。藥廠掌握藥物副作用的相關資料,但患者在資訊揭露後才能得知;要求車廠提供油耗標章,也是基於相同的道理。

——本文摘自《資訊超載的幸福與詛咒》,2022 年 8 月,天下文化 ,未經同意請勿轉載。

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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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對資訊焦慮 Say No!在資訊爆炸的時代,「知道」到底會讓人變快樂還是更痛苦?——《資訊超載的幸福與詛咒》
天下文化_96
・2022/08/26 ・2204字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

有的時候,無知反而更快樂

如果你想搬到新的城市,或許會想了解那裡住起來是什麼感覺;如果你要買房子,也可能會想知道屋頂是否牢靠,或是空調夠不夠力;就算是買新的筆電、車子或手機,肯定會先掌握產品資訊,包括價格、性能、耐用性等;而來到大選的投票日,你也會想知道每一位候選人的政見願景。

人手一機的時代,我們幾乎 24 小時不斷吸收來自世界各地的資訊。圖/Pressmaster

所以,我們通常認為「得到資訊」是有幫助的,但到底什麼時候得到資訊是好事?以及究竟好在哪裡?

事實上,我們其實沒興趣知道大量的資訊。很多資訊對我們來說毫無價值,只不過是浪費大腦容量,還可能無聊透頂。

甚至有許多資訊我們寧可不知道,因為這些資訊會讓我們感到不悅或痛苦;有時候我們不想要知道,是因為我們沒有動機想要取得某些資訊,因此不會特別主動去得知某些資訊;但也有時候,我們想要不知道,因為我們有動機想排斥某些訊息,於是刻意主動迴避。

除了體重計上的數字,你還會迴避哪些資訊?

你沒興趣知道的事,可能包括餐廳隔壁桌那位先生頭上有幾根頭髮、你的車究竟用了哪幾種貴金屬、巷口咖啡店的豆子是來自巴西、哥倫比亞、布達佩斯,還是其他地區。

而你或許想要不知道的事,諸如是否會罹患阿茲海默症、基因上是否容易得癌症和心臟病、所有同事對你的實際看法,以及你可能在幾歲時死亡;你或許也不想要知道啤酒、咖啡、披薩、冰淇淋對於健康造成的風險,這些食物可能對未來造成傷害,卻提供當下的愉悅。

如果你滿腦子都想著風險,這些食物只會帶來恐懼、內疚和羞愧。這種時候,無知或許才是幸福的。(就像我今天早上量了體重,搞得我心情很糟。)

想想看你的另一半說有事要告訴你的時候,心中是不是非常忐忑,到底要不要知道呢?圖/irinapavlova1

「資訊迴避」(information avoidance)的情況相當常見,顯示人們常常寧願不知道某些資訊,或是積極設法迴避資訊。

但用了哪些辦法、又付出什麼代價?我已經說過,最重要的問題應該在於「得到資訊能否讓人們變得更幸福」,而這也代表應該個別評估:某項資訊對於所涉及族群(就算只有一個人)而言,會帶來怎樣的影響?

可以用幸福來衡量「知道的代價」嗎?

當然,接下來得談到幸福的定義。

經濟學家總愛將「支付意願」(willingness to pay, WTP)掛在嘴邊,覺得只要知道你願意為了取得某樣事物(衣服、食物、運動用品、筆記型電腦、汽車或資訊)支付多少金額,就能判斷這個事物對你的得失利益。

但對於將「支付意願」當做判斷標準,我有些不同的看法,而且偏向負面。真正重要的應該是人們能否幸福快樂,而不在於支付意願高低。

一個明顯的缺點是:如果民眾本來就沒錢,哪談得上支付意願?但讓我們姑且先擱置這個問題,單純就支付意願進行討論:以這個方法來判斷某人想要某樣事物的程度會有哪些優缺點?從優點來看,至少原則上這項標準應該會涵蓋某人所關心的一切面向。

購買「會員身分」以換取消除廣告,也可以作為近年來人們付錢換取「不知道」的案例。圖/Pixabay

有時民眾會願意為了取得資訊而付出大筆金額;但有時民眾就是一毛也不想出;有些人甚至情願付錢換取「不接受某些資訊」。

還有哪些情況讓人「寧願不知道」?

後面會看到,要談支付意願,還必須先看看民眾當時是否理性、是否擁有完整的背景資訊。關鍵在於,當他們被問到對於某項資訊的支付意願時,這些人可能根本沒有足夠的參考資訊。

也就是說,他們是在「資訊不足」的狀態下,判斷自身支付意願的高低。此外,就算取得某項資訊能讓生活品質大為改進,也可能因為面臨生計困頓,加上太多的不公義,根本無心取得這些資訊。

舉例來說,如果你壓根就不知道那些省錢小撇步能讓你賺到多少錢,又怎麼會有興趣得到那些資訊?此外,支付意願也會受到各種認知偏誤影響,例如現時偏誤(present bias,只看眼前而不看未來),或是現成偏誤(availability bias,誤以為承擔某些風險比較容易有成效)。

支付意願的高低,一方面可能是出於理性的選擇,希望避免痛苦;另一方面也可能想保留驚喜的可能。我們總希望在對的時間點得到資訊,太早或太晚都不行。

驚喜派對若過早露餡就沒意思了;讀懸疑小說也不能太快被劇透。但與此同時,很多人也可能低估自己的適應能力,於是一談起健康,就不想聽到任何壞消息,但其實長痛不如短痛,而且或許新的療法即將問世。

民眾對不同資訊的支付意願高低有別,已經足堪玩味。而更有趣的是,民眾甚至有時候願意付錢避免得到某些資訊。

——本文摘自《資訊超載的幸福與詛咒》,2022 年 8 月,天下文化 ,未經同意請勿轉載。

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