时空本性（第一推动丛书·宇宙系列）

这些讲演非常清晰地显示了罗杰和我（霍金）之间的差别。他是柏拉图主义者，而我是实证主义者。他担心薛定谔猫处于半活半死的量子态中。他觉得这和实际不相符。但是我对此无动于衷。因为我不知道实际是什么，所以我不要求理论与之相符。实际不是某种你能用石蕊试纸检验的品质。我所关心的一切是理论应能预言测量结果。在这点上量子理论是非常成功的。它预言出，观察的结果是猫非死即活。这就像你不能怀孕一点儿：非此即彼。 量子理论（QT），狭义相对论（SR），广义相对论（GR）以及量子场论（QFT）是20世纪的伟大的物理理论。这些理论不是相互独立的：广义相对论是基于狭义相对论的基础上建立的，而量子场论是由狭义相对论和量子理论结合而成。 虽然这四种理论都是极其成功的，但它们并非没有问题。量子场论的问题是，只要你一计算多连通的费因曼图，其答案便为无限大。这些无穷大必须用理论的重正化步骤将其扣除或缩小。广义相对论预言了时空奇性的存在。在量子理论中有所谓的“测量问题”——我将要描述之。人们可以认为，这些理论的各种问题的解决有赖于这一事实，即它们各自都不是完备的。例如，许多人预料量子场论也许能以某种方式“抹平”广义相对论的奇性。量子场论中的发散问题可以部分地由广义相对论的紫外切断所解决。类似地，我相信当广义相对论和量子理论适当地结合成某种新理论之时，最终能解决测量问题。 广义相对论预言，因为引力波辐射引起能量丧失，其轨道会缓慢缩小（而且周期缩短）。这个现象的确被观测到，而运动的整个描述，在一端是牛顿轨道，中间范围是广义相对论修正，而在另一端轨道因引力辐射而加速，这一切合并起来和广义相对论相符（我把牛顿理论归并到广义相对论中去），它在20年的积累的时期里达到上面提到的令人印象深刻的精确度。现在他们因为发现这个系统而理所当然地得到了诺贝尔奖。 问：霍金教授提到，引力场在一些方面比其他场更特殊。你对此有何看法？ 答：引力场肯定是特殊的。这个学科的历史颇具讽刺意味：牛顿从引力论来开创物理学，而引力论又是其他相互作用的原始典范。但是现在发现引力在事实上和其他相互作用在本性上有差异。引力是仅有的影响因果性的相互作用，考虑到黑洞和信息丧失，它具有深远的含义。 经典广义相对论不能预言宇宙如何开端。然而，量子广义相对论和无边界假设一道，预言了我们观察到的宇宙，而且甚至似乎预言了在微波背景中观察到的起伏的谱。然而，虽然量子理论恢复了经典理论丧失了的预言性，但它并没有完全做到。因为存在黑洞和宇宙事件视界，我们不能看到整个时空，我们观察由量子态的系综而不是一个单独的态描述。这就引进了额外水平的不可预见性，但它也还可能是使宇宙看起来是经典的原因。这也许能把薛定谔猫于半死半活之间拯救出来。 薛定谔猫的原因是，由1／√2（猫活+猫死）所代表的态似乎是荒谬的。为何不是1/√2（猫活-猫死）呢？另一种说法是在猫死和猫活之间似乎不存在任何干涉。因为人们可以把粒子和他不测量的环境绝缘得很好，所以在通过不同缝隙的粒子间能得到干涉。但是人们无法把像猫这么大的的东西和通常电磁场携带的分子之间的力隔离开。人们不必求助量子引力去解释薛定谔猫或者神经的运作。 我已经在我的讲演中解释了，为何我认为无边界假设能在没有任何违反CPT的情形解释了宇宙中观察到的时间箭头。我现在要解释为什么，和罗杰不同，我认为黑洞不牵涉到任何时间非对称。在经典广义相对论中，黑洞被定义成物体能落进去而没有东西可以跑出来的区域。人们会问，还存在白洞，也就是物体能跑出来而没有东西可以落进去的区域吗？我的回答是，虽然在经典理论中黑洞和白洞非常不同，在量子理论中它们却是相同的。量子理论把黑洞和白洞之间的差别排除了：黑洞能辐射，而白洞能吸收。我愿意提议：我们称作黑洞的，是大的经典的而且是非大量辐射的区域。另一方面，一个小的正发出大量量子辐射的洞正是我们所预料的白洞的行为。 维克旋转 这在量子场论中是有用的工具。人们把t用it来替换意味着时间轴的旋转。这就把闵可夫斯基空间翻译成欧氏空间。它的用处起源于如下事实，在欧氏理论中某些表达式（譬如路径积分）可被更好地定义。在量子场论中维克旋转是一个很好驾御的工作，至少在人们把它应用于平坦（或稳态）时空时是如此。 史蒂芬把“维克旋转”运用到洛氏度规（以得到欧氏度规的空间）的思想肯定是非常有趣和天才的，但是这个步骤和把维克旋转在量子场论中的运用非常不同。它真正是在不同水平上的一种“维克旋转”。 罗杰为薛定谔可怜的猫担忧。在今天这样的理想实验不是政治上正确的。罗杰之所以关心是因为具有猫活和猫死等概率的密度矩阵也具有猫活+猫死和猫活-猫死的等概率。为何我们观察到猫非死即活，而不是观察到猫活+猫死或猫活-猫死呢？究竟是什么东西为我们观察挑出了活和死的轴，而不是活+死和活-死呢？我首先要指出的是，只有当密度矩阵的本征值恰巧相等时，人们才遇到其本征态的含糊。如果活或死的概率稍有差别，本征态就不会有任何含糊之处。作为密度矩阵的本征态的一组基可以和其他的基区分开来。那么为何自然选取密度矩阵按照活/死基对角化，而不按照（活+死）/（活-死）基对角化呢？其答案是，态猫活和态猫死在客观水平上的不同起因于像子弹的位置以及猫身上的伤口这类的东西。当你一直追踪到你看不到的事物，譬如说空气分子的扰动，在态猫活和态猫死之间的任何观察量矩阵元都将平均为零。这就是为何人们观察到猫非死即活，而不是二者的线性组合。这只不过是通常的量子力学。人们不需要新的测量理论，更不需要量子引力。 在辩论的开头史蒂芬说，他认为他是一个实证主义者，而我是一个柏拉图主义者。我乐意接受他为实证主义者，但是我认为这儿的关键点是，我宁愿被称为现实主义者。还有，如果有人把这次辩论和玻尔与爱因斯坦之间的70多年前的著名论争相比较，我认为史蒂芬应该取玻尔的角色，而我取爱因斯坦的角色！因为爱因斯坦论断道，必须存在不被波函数表示的诸如真实世界的某物，而玻尔强调道，波函数不描写一个“真实”的微观世界，它只不过是对做预言有用的“知识”而已。 我相信，爱因斯坦没有继续在量子论做出许多贡献，乃是量子力学中缺失了关键的部分。这个缺失的部分正是50年之后史蒂芬的发现，黑洞辐射。正是这种和黑洞辐射相关的信息缺失提供了新观念。

#微信读书计划#第534本书 2025年04月28日 这书看得我脑瓜子嗡嗡的，因为绝大多数的公式完全看不懂。 说实话，这本《时空本性》根本不像物理书，更像两位科学大佬在微信群里互怼的聊天记录。霍金和彭罗斯这俩老爷子，一个轮椅上的宇宙段子手，一个拿诺贝尔奖的数学强迫症，硬是把时空本质聊出了相声感。 第一章就给我整懵圈了，霍金老哥突然说：“时空几何叠加会翻车哦！”我寻思这不就是“薛定谔的宇宙”吗？好比你家猫在沙发上打滚，结果连沙发带房子都量子纠结了。彭罗斯在旁边默默补刀：“所以客观坍缩了解一下？”这对话简直像在看科幻剧——他们居然在认真讨论宇宙会不会是个精分患者？ 关于宇宙大爆炸的新脑洞 说到宇宙起源，霍金直接掀桌子：“热大爆炸模型就是没写完作业的小学生！”按他说的，宇宙可能像泡泡茶里的珍珠，从量子奶茶里“啵”地冒出来。最绝的是“虚时间”概念——合着咱们的宇宙是开了美颜滤镜的？这波操作比《三体》里的二向箔还魔幻，但人家愣是用数学公式给你圆回来了。 黑洞白洞傻傻分不清楚 看到黑洞part我直接笑场。霍金说黑洞白洞其实是量子世界的双胞胎，区别就像奶茶和奶盖——搅和搅和就分不清了。按这理论，黑洞不仅能吃星星，还会打量子饱嗝（霍金辐射）。这哪是物理定律，简直是宇宙烧烤摊的烟火气。 看完这本书，我对着夜空发呆了半小时。虽然90%的公式没看懂，但满脑子都是“时空是橡皮泥”“宇宙可能是个甜甜圈”之类的鬼畜画面。这两位老爷子用最烧脑的理论，讲着最浪漫的童话——原来科学家才是真正的造梦师。建议搭配《星际穿越》食用，效果更佳，反正看不懂的部分就当欣赏数学之美了（手动狗头）。

先有鸡还是先有蛋呢？ 严谨而理性，或许就是科学之美吧 黑洞是一种神奇的物事，通过它，人类或许能探寻宇宙起源的奥秘。虽然推导过程基本看不懂，因为其中需要拓扑学乃至理论物理学的大量知识 但是足以让我的大脑去思考两位天才般的理论物理学家的智慧结晶 奇性理论，宇宙监督理论，无毛定理，黑洞视界不减，宇宙大爆炸……这些理论竟然能通过公式与假设来一步一步推导出来，理性与思考交织，真的令人惊叹 最后，数学与物理之美，美不胜收！

宇宙空间的知识量很大很广博，知识点也是带给人类最最兴奋的亮点；没有好奇心和钻研的激发点，很多知识梳理是无法获取其最终秘密的。 宇宙的奥秘是人类探索发现更精彩的生活的开始！

两大高手的辩论与交锋，让我想起历史上发生过的戒台论道，两位功力深厚的高僧谈笑间纵论理论与逻辑之精微，让听者叹为观止。 关于时空，经过爱因斯坦狭义及广义相对论的贡献，已经将时间整合到三维空间里，成为不可分割的闵可夫斯基空间，并在此基础上做了大量的研究工作。本书中，斯蒂芬·霍金与罗杰·彭罗斯都已经继承了之前物理学的成就，而斯蒂芬·霍金更是从广义相对论可能出现奇点的理论推导中形成了对黑洞的预测之后，逐渐丰富了对黑洞的研究与探讨。罗杰斯则更多成就在于数学方面，我有点说不太上了。 两人的辩论中，提到了两人对宇宙本原认识的不同。霍金认为彭罗斯有点太理想主义，不愿接受宇宙本原的样子，而一定要在自己的直觉世界里再往前推一步。对此我是无法评判的。我只是以有限的了解，认为到了量子世界，人类的直觉往往是失效的。因为它离我们太远，有太多的未知与黑暗，而我们目前探知的量子理论，不过是一个侧面而已。尤其是在整合再有宏微观理论时，各种不相融是一个确定的现象。所以，世界之本原，仍未揭开；时空这个亘古以来人们不断求索的客体，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，两位大师观点碰撞火花十足，逻辑凝练深邃，轻松窥见时空底层奥秘，快速吃透前沿宇宙物理哲学。

作者在序言中强调阅读本书需要一定的相对论与量子理论的知识，相信真正阅读后一定会对一定的一定理解深刻

这些深奥到极致而又浅白到极致，简练到极致而又美丽到极致的天书，极端的智慧又有极致的想象，却能给现在的物种带来指导性的生存意义，让人有愿望在无穷尽中去探索，噢，我终于可以用极致的情绪来表达极致，或许只有也只有在浩瀚认真又严谨的科学面前才可以这样中肯又严肃地来运用和调动文字。

从高中时候一窍不通，到现在可以大概阅读，用了14年

应该是梁静茹给了我勇气来读这本书😅