時空本性（第一推動叢書·宇宙系列）

這些講演非常清晰地顯示了羅傑和我（霍金）之間的差別。他是柏拉圖主義者，而我是實證主義者。他擔心薛定諤貓處於半活半死的量子態中。他覺得這和實際不相符。但是我對此無動於衷。因爲我不知道實際是什麼，所以我不要求理論與之相符。實際不是某種你能用石蕊試紙檢驗的品質。我所關心的一切是理論應能預言測量結果。在這點上量子理論是非常成功的。它預言出，觀察的結果是貓非死即活。這就像你不能懷孕一點兒：非此即彼。 量子理論（QT），狹義相對論（SR），廣義相對論（GR）以及量子場論（QFT）是20世紀的偉大的物理理論。這些理論不是相互獨立的：廣義相對論是基於狹義相對論的基礎上建立的，而量子場論是由狹義相對論和量子理論結合而成。 雖然這四種理論都是極其成功的，但它們並非沒有問題。量子場論的問題是，只要你一計算多連通的費因曼圖，其答案便爲無限大。這些無窮大必須用理論的重正化步驟將其扣除或縮小。廣義相對論預言了時空奇性的存在。在量子理論中有所謂的“測量問題”——我將要描述之。人們可以認爲，這些理論的各種問題的解決有賴於這一事實，即它們各自都不是完備的。例如，許多人預料量子場論也許能以某種方式“抹平”廣義相對論的奇性。量子場論中的發散問題可以部分地由廣義相對論的紫外切斷所解決。類似地，我相信當廣義相對論和量子理論適當地結合成某種新理論之時，最終能解決測量問題。 廣義相對論預言，因爲引力波輻射引起能量喪失，其軌道會緩慢縮小（而且週期縮短）。這個現象的確被觀測到，而運動的整個描述，在一端是牛頓軌道，中間範圍是廣義相對論修正，而在另一端軌道因引力輻射而加速，這一切合並起來和廣義相對論相符（我把牛頓理論歸併到廣義相對論中去），它在20年的積累的時期裏達到上面提到的令人印象深刻的精確度。現在他們因爲發現這個系統而理所當然地得到了諾貝爾獎。 問：霍金教授提到，引力場在一些方面比其他場更特殊。你對此有何看法？ 答：引力場肯定是特殊的。這個學科的歷史頗具諷刺意味：牛頓從引力論來開創物理學，而引力論又是其他相互作用的原始典範。但是現在發現引力在事實上和其他相互作用在本性上有差異。引力是僅有的影響因果性的相互作用，考慮到黑洞和信息喪失，它具有深遠的含義。 經典廣義相對論不能預言宇宙如何開端。然而，量子廣義相對論和無邊界假設一道，預言了我們觀察到的宇宙，而且甚至似乎預言了在微波背景中觀察到的起伏的譜。然而，雖然量子理論恢復了經典理論喪失了的預言性，但它並沒有完全做到。因爲存在黑洞和宇宙事件視界，我們不能看到整個時空，我們觀察由量子態的系綜而不是一個單獨的態描述。這就引進了額外水平的不可預見性，但它也還可能是使宇宙看起來是經典的原因。這也許能把薛定諤貓於半死半活之間拯救出來。 薛定諤貓的原因是，由1／√2（貓活+貓死）所代表的態似乎是荒謬的。爲何不是1/√2（貓活-貓死）呢？另一種說法是在貓死和貓活之間似乎不存在任何干涉。因爲人們可以把粒子和他不測量的環境絕緣得很好，所以在通過不同縫隙的粒子間能得到干涉。但是人們無法把像貓這麼大的的東西和通常電磁場攜帶的分子之間的力隔離開。人們不必求助量子引力去解釋薛定諤貓或者神經的運作。 我已經在我的講演中解釋了，爲何我認爲無邊界假設能在沒有任何違反CPT的情形解釋了宇宙中觀察到的時間箭頭。我現在要解釋爲什麼，和羅傑不同，我認爲黑洞不牽涉到任何時間非對稱。在經典廣義相對論中，黑洞被定義成物體能落進去而沒有東西可以跑出來的區域。人們會問，還存在白洞，也就是物體能跑出來而沒有東西可以落進去的區域嗎？我的回答是，雖然在經典理論中黑洞和白洞非常不同，在量子理論中它們卻是相同的。量子理論把黑洞和白洞之間的差別排除了：黑洞能輻射，而白洞能吸收。我願意提議：我們稱作黑洞的，是大的經典的而且是非大量輻射的區域。另一方面，一個小的正發出大量量子輻射的洞正是我們所預料的白洞的行爲。 維克旋轉 這在量子場論中是有用的工具。人們把t用it來替換意味着時間軸的旋轉。這就把閔可夫斯基空間翻譯成歐氏空間。它的用處起源於如下事實，在歐氏理論中某些表達式（譬如路徑積分）可被更好地定義。在量子場論中維克旋轉是一個很好駕御的工作，至少在人們把它應用於平坦（或穩態）時空時是如此。 史蒂芬把“維克旋轉”運用到洛氏度規（以得到歐氏度規的空間）的思想肯定是非常有趣和天才的，但是這個步驟和把維克旋轉在量子場論中的運用非常不同。它真正是在不同水平上的一種“維克旋轉”。 羅傑爲薛定諤可憐的貓擔憂。在今天這樣的理想實驗不是政治上正確的。羅傑之所以關心是因爲具有貓活和貓死等概率的密度矩陣也具有貓活+貓死和貓活-貓死的等概率。爲何我們觀察到貓非死即活，而不是觀察到貓活+貓死或貓活-貓死呢？究竟是什麼東西爲我們觀察挑出了活和死的軸，而不是活+死和活-死呢？我首先要指出的是，只有當密度矩陣的本徵值恰巧相等時，人們才遇到其本徵態的含糊。如果活或死的概率稍有差別，本徵態就不會有任何含糊之處。作爲密度矩陣的本徵態的一組基可以和其他的基區分開來。那麼爲何自然選取密度矩陣按照活/死基對角化，而不按照（活+死）/（活-死）基對角化呢？其答案是，態貓活和態貓死在客觀水平上的不同起因於像子彈的位置以及貓身上的傷口這類的東西。當你一直追蹤到你看不到的事物，譬如說空氣分子的擾動，在態貓活和態貓死之間的任何觀察量矩陣元都將平均爲零。這就是爲何人們觀察到貓非死即活，而不是二者的線性組合。這只不過是通常的量子力學。人們不需要新的測量理論，更不需要量子引力。 在辯論的開頭史蒂芬說，他認爲他是一個實證主義者，而我是一個柏拉圖主義者。我樂意接受他爲實證主義者，但是我認爲這兒的關鍵點是，我寧願被稱爲現實主義者。還有，如果有人把這次辯論和玻爾與愛因斯坦之間的70多年前的著名論爭相比較，我認爲史蒂芬應該取玻爾的角色，而我取愛因斯坦的角色！因爲愛因斯坦論斷道，必須存在不被波函數表示的諸如真實世界的某物，而玻爾強調道，波函數不描寫一個“真實”的微觀世界，它只不過是對做預言有用的“知識”而已。 我相信，愛因斯坦沒有繼續在量子論做出許多貢獻，乃是量子力學中缺失了關鍵的部分。這個缺失的部分正是50年之後史蒂芬的發現，黑洞輻射。正是這種和黑洞輻射相關的信息缺失提供了新觀念。

#微信讀書計劃#第534本書 2025年04月28日 這書看得我腦瓜子嗡嗡的，因爲絕大多數的公式完全看不懂。 說實話，這本《時空本性》根本不像物理書，更像兩位科學大佬在微信羣裏互懟的聊天記錄。霍金和彭羅斯這倆老爺子，一個輪椅上的宇宙段子手，一個拿諾貝爾獎的數學強迫症，硬是把時空本質聊出了相聲感。 第一章就給我整懵圈了，霍金老哥突然說：“時空幾何疊加會翻車哦！”我尋思這不就是“薛定諤的宇宙”嗎？好比你家貓在沙發上打滾，結果連沙發帶房子都量子糾結了。彭羅斯在旁邊默默補刀：“所以客觀坍縮瞭解一下？”這對話簡直像在看科幻劇——他們居然在認真討論宇宙會不會是個精分患者？ 關於宇宙大爆炸的新腦洞 說到宇宙起源，霍金直接掀桌子：“熱大爆炸模型就是沒寫完作業的小學生！”按他說的，宇宙可能像泡泡茶裏的珍珠，從量子奶茶裏“啵”地冒出來。最絕的是“虛時間”概念——合着咱們的宇宙是開了美顏濾鏡的？這波操作比《三體》裏的二向箔還魔幻，但人家愣是用數學公式給你圓回來了。 黑洞白洞傻傻分不清楚 看到黑洞part我直接笑場。霍金說黑洞白洞其實是量子世界的雙胞胎，區別就像奶茶和奶蓋——攪和攪和就分不清了。按這理論，黑洞不僅能喫星星，還會打量子飽嗝（霍金輻射）。這哪是物理定律，簡直是宇宙燒烤攤的煙火氣。 看完這本書，我對着夜空發呆了半小時。雖然90%的公式沒看懂，但滿腦子都是“時空是橡皮泥”“宇宙可能是個甜甜圈”之類的鬼畜畫面。這兩位老爺子用最燒腦的理論，講着最浪漫的童話——原來科學家纔是真正的造夢師。建議搭配《星際穿越》食用，效果更佳，反正看不懂的部分就當欣賞數學之美了（手動狗頭）。

先有雞還是先有蛋呢？ 嚴謹而理性，或許就是科學之美吧 黑洞是一種神奇的物事，通過它，人類或許能探尋宇宙起源的奧祕。雖然推導過程基本看不懂，因爲其中需要拓撲學乃至理論物理學的大量知識 但是足以讓我的大腦去思考兩位天才般的理論物理學家的智慧結晶 奇性理論，宇宙監督理論，無毛定理，黑洞視界不減，宇宙大爆炸……這些理論竟然能通過公式與假設來一步一步推導出來，理性與思考交織，真的令人驚歎 最後，數學與物理之美，美不勝收！

宇宙空間的知識量很大很廣博，知識點也是帶給人類最最興奮的亮點；沒有好奇心和鑽研的激發點，很多知識梳理是無法獲取其最終祕密的。 宇宙的奧祕是人類探索發現更精彩的生活的開始！

兩大高手的辯論與交鋒，讓我想起歷史上發生過的戒臺論道，兩位功力深厚的高僧談笑間縱論理論與邏輯之精微，讓聽者歎爲觀止。 關於時空，經過愛因斯坦狹義及廣義相對論的貢獻，已經將時間整合到三維空間裏，成爲不可分割的閔可夫斯基空間，並在此基礎上做了大量的研究工作。本書中，斯蒂芬·霍金與羅傑·彭羅斯都已經繼承了之前物理學的成就，而斯蒂芬·霍金更是從廣義相對論可能出現奇點的理論推導中形成了對黑洞的預測之後，逐漸豐富了對黑洞的研究與探討。羅傑斯則更多成就在於數學方面，我有點說不太上了。 兩人的辯論中，提到了兩人對宇宙本原認識的不同。霍金認爲彭羅斯有點太理想主義，不願接受宇宙本原的樣子，而一定要在自己的直覺世界裏再往前推一步。對此我是無法評判的。我只是以有限的瞭解，認爲到了量子世界，人類的直覺往往是失效的。因爲它離我們太遠，有太多的未知與黑暗，而我們目前探知的量子理論，不過是一個側面而已。尤其是在整合再有宏微觀理論時，各種不相融是一個確定的現象。所以，世界之本原，仍未揭開；時空這個亙古以來人們不斷求索的客體，仍有太多的未知。

短小精悍，思想炸裂。直面百年物理核心分歧，兩位大師觀點碰撞火花十足，邏輯凝練深邃，輕鬆窺見時空底層奧祕，快速喫透前沿宇宙物理哲學。

作者在序言中強調閱讀本書需要一定的相對論與量子理論的知識，相信真正閱讀後一定會對一定的一定理解深刻

這些深奧到極致而又淺白到極致，簡練到極致而又美麗到極致的天書，極端的智慧又有極致的想象，卻能給現在的物種帶來指導性的生存意義，讓人有願望在無窮盡中去探索，噢，我終於可以用極致的情緒來表達極致，或許只有也只有在浩瀚認真又嚴謹的科學麪前纔可以這樣中肯又嚴肅地來運用和調動文字。

從高中時候一竅不通，到現在可以大概閱讀，用了14年

應該是梁靜茹給了我勇氣來讀這本書😅