如果任何一块物质都可看做一台计算机的话,那么一个黑洞就正是一台压缩到最小尺寸的计算机。
随着计算机的缩小,其部件之间的相互引力就增大,直至最终增大到没有物体能够逃逸出去。黑洞的尺寸(称为Schwarzschild半径)正比于它的质量。
一千克质量的黑洞有着大约10-27米的半径(一个质子的半径是10-15米)。压缩后的计算机并未改变其能量内容,因此它能像以前一样每秒执行1051次运算。发生改变的仅是它的存储容量。当引力小到可忽略时,总存储量正比于粒子数,也正比于体积。而当引力起支配作用时,它使各粒子之间相互联结,因此它们整体上所能存储的信息容量就较少。一个黑洞的总存储容量正比于它的表面积。20世纪70年代,霍金和以色列希伯来大学的Jacob Bekenstein计算一千克质量的黑洞能够记录大约1016个比特的信息,比压缩前要少得多。
因为存储的信息量少,黑洞是个快得多的处理器。它传递一个比特所用的时间是10-35秒,等于光从计算机一边传到另一边所用的时间。因此,较之高度并行的极端掌上计算机,黑洞是个串行计算机,它的行为如同一个独立的单元。
黑洞计算机将怎样实际运行呢?输入是不成问题的:只要将数据以物质或能量的形式编码,然后投入到黑洞内即可。通过适当制备投入黑洞的物质材料,黑客将能够为黑洞执行任何所需要的计算编制程序。一旦物质进入黑洞,它就永远消失了——所谓的“穹界”(event horizon)划分了一去不返的分界线。垂直落下的粒子彼此相互作用,在到达黑洞中心之前的有限时间内执行着运算。这个中心就是引力奇点,粒子到此则不复存在。物质在奇点处被挤压在一起,究竟发生了什么,这要取决于量子引力的细节,目前对此尚未可知。
黑洞计算机的输出采取霍金辐射的形式。如果一个一千克质量的黑洞放出霍金辐射,为了维持辐射能量,其质量将迅速衰减,在10-21秒内完全消失。辐射的峰值波长等于黑洞的半径,对于一千克质量的黑洞,这一波长等于极强烈的伽马射线的波长。粒子检测器能够俘获并解码此辐射,为人类所用。
霍金对于黑洞辐射的研究,使他的名字跟这一辐射连在了一起。他推翻了人们认为没有任何东西可逃出黑洞的传统知识。黑洞的辐射速率与其尺寸成反比,因此,诸如星系中心的那些大黑洞的能量损失,比它们吞噬物质要慢得多。然而,在将来实验人员可能在粒子加速器内创造某些微小黑洞,这些黑洞将随着一阵辐射而爆炸。一个黑洞可不被看做是固定的物体,而被看做是以最大可能速率执行运算的物质的短暂集合。
5.下列关于黑洞计算机的表述,错误的一项是
A.黑洞计算机是把黑洞这种固体的物质,看做以最大可能速率执行运算的物质的短暂集合。
B.黑洞计算机的体积越小,其部件之间的相互引力就越大,黑洞的体积与它的质量成反比。
C.如果把一块物质看做一台计算机的话,那么一个黑洞就正是一台压缩到最小尺寸的计算机。
D.黑洞计算机输出辐射的峰值波长等于黑洞的半径,因霍金对于黑洞辐射的研究而被命名为霍金辐射。
A.一千克质量的黑洞计算机压缩后,其能量内容和存储容量没有发生改变,仍能像以前一样每秒执行1051次运算。
B.黑洞计算机的体积越大,其存储容量也就越多。总存储容量正比于粒子数,也正比于体积。
C.当引力起支配作用时,黑洞上所能存储的信息容量就较少,是因为各粒子之间相互联结,表面积减小。
D.七十年代,霍金和以色列希伯来大学的Jacob Bekenstein通过计算证实黑洞所能记录的信息在压缩前后是不同的,总能量内容正比于它的表面积。
7.下列关于黑洞计算机的运行,表述正确的一项是
A.黑洞计算机的输入是将数据以物质或能量的形式编码,然后投入到黑洞内。投入物质越少处理的速度就越快。
B.粒子在黑洞计算机内垂直落下的过程中,一直进行着快速计算,当进入引力奇点后,就永远的消失了。
C.黑洞计算机以霍金辐射的形式进行输出,辐射极其强烈的伽马射线,被粒子检测器俘获并解码,为人类所用。
D.黑洞的辐射速率与其尺寸成反比,因此,有些较大的黑洞吞噬物质速度越慢,其能量损失就越快。
参考答案:
5. B(B项信息在第一自然段,说“黑洞的体积与它的质量成反比”错误,应该是成正比。A项是从最后一自然段“一个黑洞可不被看做是固定的物体,而被看做是以最大可能速率执行运算的物质的短暂集合”一句中提取的。C项信息在第一段。D项信息在第五段和第六段,均与原文信息吻合。)
6. C(C项见第二自然段“当引力起支配作用时……总存储量正比于它的表面积”,该项信息即源于此。A项“存储容量没有发生改变”错,存储容量发生了改变。B项“总存诸容量正比于粒子数,也正比于体积”缺少前提条件“当引力小到可忽略时”。D项,不是“总能量内容正比于它的表面积”,而是“总存储容量正比于它的表面积”,偷换概念。)
7. B(由原文“垂直落下的粒子彼此相互作用,在到达……粒子到此则不复存在”可知B项正确。A项“投入物质越少处理的速度就越快”错误,文中无此信息,属于无中生有。C项“辐射极其强烈的伽马射线”错误,原文为“这一波长等于极强烈的伽马射线的波长”,只是把辐射的波长与伽马射线的波长作了比较,不能就此说明黑洞计算机辐射的就是伽马射线。D项“吞噬物质速度越慢,其能量损失就越快”错误,原文是“大黑洞的能量损失,比它们吞噬物质要慢得多”,就此可以证明黑洞的能量损失比其吞噬物质的速度还要慢。)