第四章 预言未来

影响我们预言将来的能力。但是，在广义相对论中情形就非常不同，大质量物体使得时空弯曲。
 1916年，即广义相对论被提出之后不久，卡尔·施瓦兹席尔德，找到广义相对论中场方程的代表一个黑洞的解。在很多年里施瓦兹席尔德

找到的东西没有得到理解或者重视。爱因斯坦本人从不相信黑洞，而且大多数广义相对论的元老认同他们的态度。我还记得有一次去巴黎作学

术报告，那是关于我发现的量子理论意味着黑洞不完全黑的。我的学术报告彻底失败，因为那时候在巴黎几乎无人相信黑洞。法国人还觉得这

个名字，如他们翻译的，trou noir 具有可疑的性暗示，应该代之以astre occlu 或“隐星”。然而，无论是这个还是其他提议的名字都无法

像黑洞这个术语那样能抓住公众的想象力。这是美国物理学家约翰·阿契巴尔德·惠勒首先引进的，他激发了这个领域中的大量的现代研究。
 1963年类星体的发现引起有关黑洞的理论研究以及检测它们的观察尝试的进发。这里就是已经呈现的图景。考虑我们所相信的具有20倍太

阳质量的恒星历史。这类恒星是由诸如猎户座星云中的那些气体云形成的。当气体云在自身的引力下收缩时，气体被加热上去，并且最终热到

足以开始热聚变反应，把氢转化成氦。这个步骤产生的热量制造了压力，使恒星对抗住自身的引力，并且阻止它进一步收缩。一个恒星可以在

这种状态停留很长时期，燃烧氢并将光辐射到太空中去。 
 恒星引力场影响从它发出的光线的途径。人们可以画一张图，往上方向表示时间，水平方向代表离开恒星中心的距离。在这张图上，恒星

的表面由两根垂直直线代表，在中心的两边各有一根。时间的单位可选为秒，而距离单位选择光秒——也就是光在一秒种内旅行的距离。当我

们使用这些单位时，光速为1，也就是光速为每秒一光秒。这意味着远离恒星极其引力场，图上的光线的轨迹是一根和垂直方向成45°角的直线

。然而，邻近恒星处，由恒星质量产生的时空曲率变化了光线的轨迹，使他们和垂直方向夹更小的角。
 大质量恒星将比太阳更快速度的多地把它们的氢燃烧成氦。这意味着它们可以在短到几亿年的时间内把氢耗尽。此后，这类恒星面临着危

机。它们能把氢燃烧成诸如碳和氧等等更多的元素，但是这些核反应不会释放出大量能量，这样恒星失去支持自身对抗引力的热量和热压力。

因此它们开始变得更小。如果它们质量大约比太阳质量的两倍还大，其压力将永远不足以停住收缩。它们将坍缩成零尺度和无限尺度，从而形

成所谓的奇点。在这张时间对离开中心距离的图上，随着恒星缩小，从它表面发出的光线轨迹会在起始时间和垂直直线夹越来越小的角度。当

恒星达到一定的临界半径，其轨迹就变成图上的垂线，这意味着光线将在离恒星常距离处逗留，永远不能离开。光线的临界轨迹掠过的表面称

做事件视界，它把时空中的光线能够逃逸的区域和不能逃逸的区域或隔开。在横行通过其事件视界后，从它表面发射的光线将被时空曲率向里

面弯曲。恒星就成为一个米歇尔的暗星，或者用我们现在的话讲，就是黑洞。
 如果光线不能从黑洞逃出，你何以检测它呢？其答案是黑洞正如坍缩之前的物体那样，仍然把同样的引力拉力施加在周围的对象上。如果

太阳是一个黑洞面且在转变成黑洞之前没有损失任何质量，则行星将仍然像现在这样围绕着它公转。
 因此搜索黑洞的一种方式是寻找围绕着似乎是看不见的紧致的大质量物体公转的物体。若干这样的系统已被测到。发生在星系和类星体中

心的巨大黑洞也许是最令人印象深刻的。
 迄此讨论到的黑洞的性质还未触犯宿命论。一位落进黑洞并撞到奇点上去的的航天员的时间将会结束。然而，在广义相对论中，人们可以

在不同的地方随意地以不同的速率来测量时间。因此，人们可以在航天员接近奇点时加快他或她的手表，使之仍然记下无限的时间间隔。在时


间距离图上，这个新时间的常数值的表面将会在中心拥有在一起，刚好在奇性出现的点的下头。但是它们在远离黑洞的几乎平坦的时空中和通

常的时间测度相一致。
 人们可以在薛定谔方程中使用这个时间，如果他知道初始的波函数，便能计算后来的波函数。这样，人们仍然有宿命论。然而，值得注意

的是，在后期波函数的一部分处于黑洞之内，它不能被外界的人观察到。这样，一位明知地不落入黑洞的观察者不能往过去方向演化薛定谔方

程并且计算出早先时刻的波函数。为了做到这一点，他或她就需要知道黑洞之内的那一部分波函数，这包含有落进黑洞的物体的信息。因为一

个给定质量和旋转速度的黑洞可由非常大量的不同的粒子集合形成，所以这可能是非常大量的信息。一个黑洞与坍缩形成它的物体的性质无关

。约瀚 ·惠勒把这个结果称为“黑洞无毛”。对于法国人而言，这正好证实另外他们的猜疑。
 当我发现了黑洞不是弯曲黑的时候，和宿命论的冲突就产生了。正如我们在第二章中看到的，量子理论意味着，甚至在所谓的真空中场也

不能够精确地为零。如果它们为零，则他们不但有精确的值即位置为零，而且有精确的变化率即速度亦为零。这就违反了不确定性原理。该原

理讲，不能同时很好地定义位置和速度。相反地，所有的场必须有一定量的所谓的真空起伏。真空起伏可以几种似乎不用的方式解释，但是这

几种方式事实上在数学中是等效的。从实证主义观点，人们可以随意选择任何对该问题最有用的图象。在这种情形下，使用下述的图象来理解

真空起伏是非常有助的。在时空的某处同时出现的虚粒子对相互分离，在回到一块而且相互湮灭。“虚的”表明这些粒子不能被直接观测到，

但是它们的间接效应能被测量到，而且它们和理论预言相符合的精确度令人印象深刻。
 如果黑洞在场的话，则粒子对中的一个成员可以落入黑洞，留下另一个成员自由地逃往无穷远处。从远离黑洞的某人的观点看，逃逸粒子

就显得是被黑洞辐射出来。黑洞的谱干刚好是我们从一个热体所预料到的谱，其温度和视界——黑洞的边界上的引力场成正比。换言之，黑洞

的无度依赖于它的大小。
 一个具有几倍太阳质量的黑洞的温度大约为百万分之一度的绝对温度，而一个更大的黑洞之温度甚至更低。这样，从这类黑洞出来的任何

量子辐射完全被湮灭在热大爆炸遗留下的2.7度的辐射,也就是我们在第二章中讨论过的宇宙背景辐射之中。人们也许可能检测到从小很多即热

很多的黑洞来的辐射，但是似乎它们在附近也不很多。这是一个遗憾。如果有一个被发现，我就要得到诺贝尔奖。然而，我们拥有这种辐射的

间接观测证据，它来自于早期宇宙。正如在第三章中描述的，人们认为宇宙的早期历史经历了一个暴胀时期。宇宙在这一时期以不断增加的速

率膨胀。这个时期的膨胀如此之快，以至于有些物体离开我们太远，连它们的光线都从未抵达我们这里；在光线向我们传来时，宇宙已膨胀得

太多太快了。这样，在宇宙中存在一个视界，正如黑洞的视界那样，把已光线能抵达我们的区域和不能抵达的区域分离开来。
 非常类似的论证表明，如果存在从黑洞视界来的辐射那样，也应该存在从这个视节来的热辐射。我们已经知道如何在热辐射中预期密度起

伏的特征谱。在这种情形下，这些密度起伏会随着宇宙而膨胀。当它们的尺度超出事件视节的尺度时，它们就被凝固了，这样它们作为从早期

宇宙残留下来的宇宙背景辐射的温度中的小变化，今天可被我们观测到。这些变化的观测和热起伏的预言相互一致的程度令人印象深刻。
 尽管黑洞辐射的观测证据有些间接，所有研究过这一问题的人都一致认为，为了和我们其他观测上检验过的理论相一致，它必然发生。这

对于宿命论具有重要的含义。从黑洞来的辐射将带走能量，这表明黑洞将失去质量而变得更小。接下去，这意味着它的温度会上升，而且辐射


率将增加。黑洞最终将到达零质量。我们不知如何计算在这一点所要发生的，但是仅有的自然而又合理的结果似乎应是黑洞完全消失。那么，

波函数在黑洞里的部分以及它挟持的有关落入黑洞物体的信息的下场如何呢？第一种猜想是，当黑洞最后消失时，这一部分波函数，以及它携

带的信息将会涌现。然而，携带信息不能不消费，正如人们到电话帐单时意识到的那样。
 信息需要能量去负载它，而在黑洞的最后阶段只有很小的能量留下。内部信息逃逸的仅有的似乎可行的方式是，它连续地伴随着辐射出现

，而不必等待到最后阶段。然而，根据虚粒子对的一个成员落进，而另一成员逃逸的图象，人们预料逃离粒子也落入粒子不相关，或者前者不

携带走有关后者的信息。这样，仅有的答案似乎是，在黑洞内的波函数中的信息丢失了。
 这种信息丧失对于宿命论具有重要的意义。让我们从头开始，我们注意到，即便你知道黑洞消失后波函数，你也不只能把薛定谔方程演化

回去并计算在黑洞形成之前的波函数，它是什么样子会部分地依赖于在黑洞中丢失的那一点波函数。我们习惯地以为，我们可以准确地知道过

去。然而，如果信息在黑洞中丧失，情况就并非如此。任何事情都可能已经发生过。
 然而，一般说来，人们诸如占星家和他们的那些咨询者对预言将来比回溯过去更感兴趣。初看起来，似乎落到黑洞中的波函数部分的丧失

不应妨碍我们语言黑洞外的波函数。但是，结果是这一丧失的确干扰了这一预言，正如我们在考虑爱因斯坦，玻里斯·帕多尔基和纳珍·罗森

在20世纪30年代提出一个理想实验时能够看到的。
 想象一个放射形原子衰变并在相反方面发出两个都有相反自旋的粒子。一位只看到其中一个粒子的观察者不能预言该粒子是往右还是往左

自旋，但是如果观察者测量到它往右自旋，那么他或她就能确定地子往左自旋，反之亦然。爱因斯坦认为这证明了量子理论是荒

谬的：另一个粒子现在也许在星系的另一边，而人们会立即知道它自旋的方向。然而，其他大多数科学家都同意，不是量子理论，而是爱因斯

坦弄混淆了。爱因斯坦-帕多尔基-罗森理想实验并不表明人们能比光更快地发送信息。那正是荒谬的部分。人们不能选择其自己的粒子将被测

量为向右自旋。
 事实上，这个理想实验正好是黑洞辐射所发生的。虚粒子对有一波函数，它预言这两个成员肯定具有相反的自旋。我们想做的是预言飞离

粒子的自旋和波函数，如果我们能够观察到落入的粒子，我们变能做到这一点。但是那个粒子现在处于黑洞之内，不能测量得到它的自旋和波

函数。正因为这样，人们无法预言逃逸粒子的自旋或波函数。它可具有不同的自旋和不同的波函数，其概率是各式各样的，但是它不能具有唯

一的自旋或波函数。这样看来，我们语言将来的能力被进一步削减了。拉普拉斯的经典思想，即人们能同时预言粒子的位置和速度，因为不确

定性原理指出人们不能同时准确地测量位置和速度，必须被修正。然而，人们仍然能准确测量波函数并且利用薛定谔方程去预言未来应发生的

事。这是人们根据拉朴拉斯思想所能预言的一半。我们能够确定地预言粒子具有相反的自旋。但是如果一个粒子落进黑洞，那么我们就不能对

余下的粒子作确定的预言。这意味着在黑洞为不能确定预言任何测量：我们作出确定预言的能力被减低至零。这样，也许就预言将来而言，占

星家和科学家定律是半斤八两。
 许多物理学家不喜欢这种宿命论的降低，因而建议可以某种方式从黑洞之内将信息取出。多少年来人们相信可以找到保存这信息的某种方

法，可惜这仅仅是一种虔诚的希望而已。但是1996年安德鲁·斯特罗明格和库姆朗·瓦法获得重大进展。我们采取把黑洞考虑成由许多称为p-

膜的建筑构件组成的观点。
 回想一下，可以把p-膜认为是一张三维空间以及我们没注意到的额外七维的运动的薄片。在某些情形下，人们可以证明在p-膜上的波的数

目和人们预料的黑洞所包含的信息量相同。如果粒子打到p-膜上，它们便会在膜上激起额外的波。类似地，如果在p-膜上不同方向的波在某点

相遇，它们会产生一个如此大的尖峰，使得p-膜的一小片破裂开去，而作为粒子离开。这样，p-膜正如黑洞一样，能吸取和发射粒子。
 人们可以将p-膜当做有效理论；也就是说，我们不需要相信实际上存在平坦时空中运动的薄片，黑洞可以似乎像它们是由这种薄片组成的

那样行为。这正如水，它是由亿亿个具有复杂的相互作用的H20分子构成。但是光滑的液体是非常好的有效模型。由p-膜构成黑洞的数学模型给

出的结果和早先描述的虚粒子对图象很相似。这样，从实证主义的观点看，至少对于一定种类的黑洞，它是一个同样好的模型。对于这些种类

，p-膜模型和虚粒子对模型对发射率的预言完全一样。然而，这里存在一个重要差别：在p-膜模型中，关于落入黑洞物体的信息将被储存的p-

膜上的波的波函数中。p-膜被认为是平坦时空中的薄片。因为这个原因，时间会平滑地向前流逝，光线的轨迹不会被弯折，而且波里的信息不

会丧失。相反地，信息最终来自p-膜来的鼓舌中从黑洞涌现。这样，根据p-膜模型，我们可以利用薛定谔方程去计算将来的波函数。没有任何

东西丧失，而时间将光滑地推移。在量子的意义上我们具有完整的宿命论。
 那么其中哪种图象是正确的呢？部分波函数是否在黑洞中丢失了，或者正如p-膜模型建议的，所有信息再次跑出来？这是当代理论物理的

一个突出的问题。许多人相信，新近的研究表明信息没有丧失。世界是安全和可预言的，而且不会发生任何以外事件。但是这不清楚。如果人

们认真地对待爱因斯坦的广义相对论，人们必须允许允许时空自身打结，而信息在折缝中丧失的可能性。当星际航船《探险号》穿越一个虫洞

，发生了一些意料之外的事。因为我正搭乘该船，并和牛顿，爱因斯坦和达他玩扑克，所以我知道此事。我大吃一惊。只要看看我的膝盖上出

现了什么。

幽灵蝶大哥还把我的帖子置顶，太抬举我了！
放假我要去奶奶家，不能上往了，还有最后三章，我正确早些结束它吧！

给楼主 致敬 心苦了 ！

欢迎大家到 平行宇宙吧 

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有很多资�

因为《星际航行》是未来的安全而舒适的幻影，所以广受欢迎。我自己也就算是一名《星际航行》迷，这样便很容易被说服去客串了一集。在那一集中我和牛顿，爱因斯坦以及达他航长玩扑克，我把他们全打败了。可以报警出现，所以我从未收到我赢的钱。 
 《星际航行》战线了一个在科学，技术和政治组织远比我们先进的社会。在现时和那时之间一定会有巨大的改变以及与之相伴随的紧张和混乱，但是在戏剧中描述的时期，科学，技术和社会组织据说已达到几乎完美的水平。 
 我想质疑的是这种场景并诘问，我们是否会在科学和技术上达到一种最终的稳定的状态。从上一次冰河时期迄今的大约一万年左右人类知识和技术上一直在演化着。也出现过一些挫折，例如在罗马帝国崩溃之后的黑暗时代。但是世界人口，作为我们维持生命和养活自己的技术能力的测度一直在稳步上升，除了一些诸如黑死病的小起伏。 
 在前两个世纪，它的增长变成指数式的，也就是说每年的人口增加同样的百分比。这个增长率现在大约为每年百分之一点九。听起来这似乎不很多，但是它意味着世界人口每40年要加一倍。 
 电力消耗和科学论文的数目是近代技术发展的另外的测度。它们也是指数增长的，并在短于四十年间加倍。没有任何迹象表明，在最近的将来科学技术的发展会缓慢下来甚至停止——直至《星际航行》时代这肯定不会发生。这个时代被认为在不那么遥远的将来。但是如果人口到2600年将会到达擦肩摩踵的程度，到那时地球会因大量使用电力而发出红热的光芒。 
 如果你把正在出版的所有新书一本本地堆放，比必须至少以每小时90海里的速度运动才能追赶它的尽头。当然，到了2600年新的艺术和科学著作将以电子形式出版，而不用书报。尽管如此，如果继续这种指数增长，在我的理论物理领域每秒种就有十篇新论文，根本来不及阅读。 
 很清楚，目前的指数增长不可能无限继续下去。那么将会发生什么呢？一种可能性是我们被某些灾难，譬如核战争毁灭殆尽。有一个黑色幽默讲，我们之所以未被外星人接触，是因为当一种文明达到我们的水平时，就变得不稳定而且毁灭自身。然而，我是一名乐观主义者。我相信，人类达到今天这样的境界，事物变得这么有趣，绝非仅仅为了把自己毁灭。 
 《星际航行》对未来的想象，也就是我们达到先进的但是本质上静态的水平，就我们对制约宇宙的基本定律的知识而言，是可以实现的。正如这个终极理论存在的话，它将要确定《星际航行》式的翘曲飞行能否实现。按照现在的观念， 
 我们必须以一种缓慢和冗长乏味的方式探索星系，利用运动得比光还慢的空间飞船；但是由于我们尚未拥有完整的统一理论，我们还不能完全排除翘曲飞行。 
 另一方面，我们已经知道在除了最极端情形外都成立的定律：制约《探险号》全体职员的定律，如果不包括制约空间飞船本身的话。但是我们在利用这些定律上或者利用它们所产生的系统的复杂性上，似乎永远不会达到一种恒定的状态。本章的期于部分正是讨论这种复杂性。 
 我们迄今为止所有的最复杂系统是我们自身的生命。生命似乎起源于太初海洋之中，太初海洋在40亿年前覆盖着地球。我们不知道这是怎么发生的。也是是原子间的随机碰撞构成了宏观分子，这些宏观分子能复制自己并且将自己聚成更复杂的结构。我们能确切知道的是，到35亿年之前，高度复杂的DVA分子已经出现。 
 DNA是地球上所有生命的基础。它具有双螺旋结构，犹如螺旋状楼梯，它是在953年于剑桥的卡文迪许实验室由弗朗西斯·克里克和詹姆·化特森发现的。双螺旋的两缕由核酸对连接，正如螺旋楼梯中的踏板。存在四种核酸：胞嘧啶，鸟嘌呤，酪氨酸和腺嘌呤。不同核酸沿着螺旋楼梯发生的顺序携带遗传信息，他使DNA分子在它周围集合有机体并复制自己。当DNA复制自身时，在核酸沿着螺旋的顺序会偶尔出错。在大多数情形下，复制的错误使DNA要么不能要么更少可能去复制自己，这意味着这种遗传误差或者被称作突变的会死去。但是在一些情形下，这误差或者突变将会增加DNA存活和繁殖的机会。遗传密码的这种改变是很有利的。这就是包含在核酸序列中的信息逐渐演化并且变得更复杂的过程。 


看不下去了，困~~~

�

完了吗?

] 止戈为武

时间从何而来？？

感谢楼主