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第618章 黑洞熵,能量与信息

“第2^755个主神空间。”

李恒伸手拿过那个新出现的主神八音盒。

透过那朦胧的白光,可以看到其中的20支轮回小队与诸多盒子世界。

除了郑吒被病娇萝丽带走收藏,剩下的轮回小队队员都在这里面了。

复制了七百多次的病娇萝丽虽然出现了一些的变化,但依旧对郑吒有着绝对的执着。

这里的主神空间每一个的质量都比银河系更庞大,在三维宇宙中同等质量的黑洞半径约为1光年。

但这些仅有手掌大小的主神空间却并没有坍缩,依旧维持着完好无损的模样。

整个三维宇宙空间都保持着平坦,时空的曲率近乎为零。

主神空间中的生物也都完好地维持着原来的生理状态,化为缩小了亿万倍的小人在盒子世界中生存活动。

这源于三维空间和四维空间的区别,与不同维度世界中不同维度黑洞的性质有关。

以仅有三个宏观空间维度的三维宇宙为例。

黑洞的贝肯斯坦熵与全息原理描述了给定体积的情况下,一个区域内所能容纳的最大能量与信息量。

对于存在引力的三维宇宙,给定区域能容纳的能量与信息量由它的二维边界的面积决定。

在热力学中,熵是对系统混乱度的度量。

一辆能正常运转的汽车和一堆铁锈,两者同样由大约10^28个原子组成,它们有着同等的质量和同等的能量。

但前者的熵更低,后者的熵更高。

因为在这10^28个原子可能形成的所有10^10^28种组合形式中,能形成汽车的组合更少,形成一堆铁锈的组合要多得多。

对于低熵的汽车,能够知晓它的引擎零件型号、车座材质、车牌号码等等详细信息。

而对于高熵的铁锈,能知道的信息就少了很多,只有铁锈整体的重量、铁锈的高度与形状等等。

将汽车随意打砸,很容易就能破坏汽车的功能,让它变成一种不同于汽车的全新排列。

但将一堆铁锈随意地打散重组,原子的具体组合状态发生了改变,却无法分辨两堆铁锈之间的不同之处。

随着物体从低熵的状态变为高熵的状态,构成物体可能的排列形式增加,能知晓的物体的细节信息则变少了。

对于某个给定的系统,随着系统的熵增加,所能知晓的系统的细节信息越来越少,系统的不确定性越来越高。

最终熵增加到最大值,系统达到了绝对混乱的熵寂状态。

熵寂状态的系统看起来再无任何变化,无法观测到系统的任何细节信息。

由此便可将熵与信息的概念联系在一起,带来信息熵的概念。

熵是系统排列数目的对数,熵是不可观测的细节中所隐藏的信息量,是系统不确定性的度量。

熵值越大,一个系统的不确定性就越高,系统所对应的可能排列就越多,可知晓的细节信息就越少。

观测与获取信息的过程,就是消除不确定性的过程。

如果能获取一个系统全部的信息,系统就被固定为唯一确定的排列形式,不确定性变为零——也即是绝对零度。

当然,因为不确定性原理,这在物理上是无法达成的。

在宇宙中,熵最高的物体就是黑洞,黑洞隐藏着最多的信息。

所有的信息都被隐藏在事件视界内部,从外界能观测到的仅有质量、角动量与电荷。

黑洞熵给出了一个区域中不确定性的上限,描述了这一区域内的所有可能性。

一个地球大小的三维空间,能容纳的信息量最大为10^83比特,所有可能的排列总共有2^10^83种。

一个可观测宇宙大小的三维空间,能容纳的最大信息量为10^123比特,所有可能的排列为2^10^123种。

利用黑洞熵,可以在质量与信息量之间构建定量的联系。

三维宇宙中,一个黑洞储存的信息量与质量的平方成正比。

但这里的黑洞质量与整个系统的总能量并不相等。

黑洞是时空中的凹陷,要离开这个凹陷,就像在地球上从谷底跳到更高的平地一样,需要付出能量克服引力势能。

因此对于整个系统而言,引力势能带来了负的能量贡献。

随着黑洞逐渐变大,负的引力势能也会越来越大,因而让系统的总能量减小。

将与引力相关的负的能量加入计算之后,能得出新的结果:

信息量与能量成正比。

通过黑洞熵,能量与信息这两个宇宙的基本属性得到了定量的统一。

有多少信息,就意味着有多少能量。

物体落入黑洞之中,黑洞的熵增加,隐藏在黑洞中的信息也随之增加。

黑洞蒸发损失质量,隐藏在黑洞中的信息也随着辐射释放。

这是量子力学的根基,它被称为幺正性。

信息不会消失,所有可能事件的出现概率之和总是为一。

能量守恒,信息守恒。

物质不灭,信息不灭。

在三维宇宙中,一个空间区域所能容纳的信息量上限由黑洞的二维事件视界面积决定。

因此一个区域所能容纳的能量上限同样也由二维事件视界的面积决定。

但在多一个宏观空间维度的四维空间中,一个空间区域能容纳的信息量上限由高维黑洞的三维事件视界的体积决定。

李恒此时所在的这个三维膜宇宙只是属于一个庞大的四维空间中的一部分。

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