斯科特·菲茨杰拉德（Scott Fitzgerald）曾说：“检验一流智力的标准是，头脑中同时存在两种截然相反的想法，仍能保持正常的行动能力。”我们的文化具有改变观念、重新平衡环境与社会规模的潜能。我们建造了现在的世界：居住的城市、用于表达想法的语言和符号，以及让我们不断前行的爱。我们需要做的是改变自身的观念：人类最大的威胁并不是来自其他大陆的人类，而是人类整体。
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THE ABDICATION OF SPACETIME
放弃时空
唐纳德·霍夫曼（Donald Hoffman）
加州大学埃尔温分校认知科学教授；著有《视觉智能》（Visual Intelligence）。
自从1915年爱因斯坦发表广义相对论以来，空间与时间的本质问题就成为科学界关注的焦点。在这一事件之后，空间与时间从物质的“舞台”变成了科学研究界的“明珠”。1919年，阿瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）证明，当发生日食时，时空会与其中的物质和光线一起发生变形。这使原本无人问津的时空的本质问题突然成为热门研究，当年11月10日《纽约时报》的头条新闻是《天上的光都歪了》（Lights All Askew in the Heaven）。
时空既能引发人们的思考，也会禁锢想象力。回想一下在夏威夷的假期、新款的汽车、好友的婚礼、乔治·阿姆斯特朗·卡斯特（George Armstrong Custer）(10)的最后一战，时空都起到了重要甚至必须的作用。试着想象一个四维空间，它的上下、前后、左右，以及一个时间维度。这可能很难在想象中勾勒出来是吗？时空成了想象力的阻碍。再试着想象一个二维的时间，或完全不存在时间的情况，是不是更难了？
1926年诞生了一个天才理论——量子理论。在某些场合，量子理论能够准确地描述时间与空间的关系。两者相结合，催生了粒子物理学标准模型（Standard Model），这一模型描述了电磁力、强相互作用力、弱相互作用力和亚原子粒子。不过，当物质密度太大或距离太近时，标准模型就不再有效，而量子理论就开始起作用了。
1935年，爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）和纳森·罗森（Nathan Rosen）发现了一种现象，根据量子理论，粒子的量子状态会立即改变与其纠缠的另一个粒子的状态，无论这两个粒子的距离相隔多远。纠缠的量子不可能以比光速还快的速度传递信息，而量子理论无视时空的存在，这深深地困扰着爱因斯坦。
弦理论促使时间与空间彻底地分离开来。诺贝尔奖获得者戴维·格罗斯（David Gross）发现：“支持弦理论的人都相信时空注定会终结，但没有人知道它会被什么取代。”“菲尔兹奖”获得者爱德华·威滕（Edward Witten）也这样认为。普林斯顿大学高等研究院的纳森·塞伯格（Nathan Seiberg）曾说：“我几乎可以肯定，时空只是一种幻觉。这些原始概念将会被更复杂的概念取代。”
好消息是，复杂的替代者可能即将出现。一个可能的继任者是纠缠的量子本身。布赖恩·斯温格尔（Brian Swingle）和马克·范·拉姆斯顿克（Mark Van Raamsdonk）发现，遵从爱因斯坦广义相对论的扭曲时空可以在纠缠的量子点的张量网络中产生。在这种情况下，纠缠的量子并非不受时空的干扰，而在某种程度上是容纳时空的载体。
另一个可能的替代者是时空之外的另一种几何结构，其中最具代表性的是尼马·阿尔卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）和雅罗斯拉夫·特尔恩卡（Jaroslav Trnka）发现的“amplituhedron”模型。数十年以来，物理学家一直在用一些公式来计算，亚原子粒子以多种方式发生碰撞，然后散开的各种概率。这些公式假设物理过程限于时空内。然而实际情况是，这些公式不仅过于复杂，还忽略了物质的高度对称性。不过，amplituhedron模型简化了这些公式，引入了对称性，并在计算过程中放弃了时空必须作为基础这一假设。
如果时空不是基础，那什么才是呢？目前还无人知晓。最有可能的是量子信息，即量子点和量子门。不过，量子信息十分抽象，因为它不是包含于时空中的。在某种程度上，时空和物质来源于量子信息的非时间和非空间状态，正如约翰·惠勒（John Wheeler）所说：“来源于点。”然而，这会带来另一个问题：为什么量子信息、量子或其他因素应该成为现实的基础？量子信息如何才能成为基础呢？
虽然现在就宣告时空会终结的结论也许为时尚早，甚至还有些夸张，但无论如何，这个话题在长时间内一直会是一则重要新闻。无论时空是不是基础，其论证过程都将改变我们对现实世界的理解，也许还会改变我们对人类自身的想象。
我认为，时空会终结的观点并不夸张。不过，这可能会为认知心理学的研究人员带来新的难题。如果真像塞伯格所说，时空只是一种幻觉，终将会被其他概念取代，那为什么我们的感官系统要进化成以时空的形式来认知世界呢？这种认知形式偏好哪种选择，具有哪些适应性优势？
认知心理学的通用假设是，进化更偏好真实知觉。这种知觉能准确地描述关键的环境要素。“人类的认知是基于非真实的、虚幻的时空形式”这类假设并不多见。如果时空是一种幻觉，认知领域将会发生什么变化？物理上的因果关系又将会发生什么变化？这些变化是否会影响我们对于意识／身体的理解，即我们的认知经验是如何与身体，尤其是大脑活动相关联的？
这一问题意义重大。一个世纪以前，时空探索大门的打开是头条新闻，而如今时空的结局同样引人关注。
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THE NEWS THAT WASN'T THERE
还未发现的新闻
安东尼·加莱特·里斯（Antony Garrett Lisi）
理论物理学家，独立研究者。
2012年7月4日，欧洲核子研究中心（European Organization for Nuclear Research）宣布发现了希格斯玻色子（Higgs boson）。这是基础物理学领域的一则大新闻。20世纪70年代建立的粒子物理学标准模型已经被大量的实验数据证实。虽然希格斯玻色子的存在对标准模型非常重要，但这并不是基础物理学领域最重大的新闻。该领域最重要的新闻——超粒子（superparticle），还没有被发现。
粒子物理学标准模型建立后不久，科学家就据此提出了超对称理论（supersymmetry），即所有粒子都有相对应的与其自旋相反的超粒子。这一理论迅速获得了理论物理学家的青睐。我们可以通过超粒子来平衡现有粒子质量的量子属性，使观测到的质量更自然。超对称理论解决了粒子物理学标准模型的微调问题（fine-tuning problem），即使粒子为何具有如此精确的质量仍然是基础物理学领域最引人关注的话题。此外，对于大一统理论的支持者而言，如果真的存在超粒子，粒子物理学标准模型已知的三种力便能更完美地统一为某个高能量的值（即便通过增加几种非超级玻色子能更简单地达到这种统一）。实际上，超对称理论是超弦理论的基础，而超弦理论是在粒子物理学领域占主导地位的推测性理论。
建造大型强子对撞机（Large Hadron Collider）的目的除了寻找希格斯粒子之外，另一个主要目的是寻找超粒子。如果超对称理论能帮助解决粒子物理学标准模型的自然问题，那么对撞机所能达到的能量层级应该可以发现超粒子。在第一次运行对撞机时，研究人员感觉到了超粒子的存在，这种感觉就如同眼前升起了一颗气球，上面还挂着一条横幅：“欢迎回家，超对称理论！”然而，超粒子并没有出现，这让许多理论物理学家非常失望，包括弦理论学家。
试想一下，假如你昨晚做了一个十分逼真的梦，梦见你家后院有一只独角兽，这个梦是如此逼真，以致第二天你就跑到后院四处寻找，希望真能找到，结果什么都没有。这就是弦理论学家和其他超对称理论的支持者面临的处境。即使现在你知道后院并没有独角兽，但根据贝叶斯理论，你可以宣称独角兽更有可能藏在壁柜里。这就是目前超对称理论支持者的观点，因为对撞机在电弱能量层级附近没有找到超粒子。这样看来，独角兽在壁柜里的可能性和对撞机找到超粒子的可能性的确增大了，但你知道最大的可能性是什么吗？那就是独角兽和超粒子根本不存在！独角兽也许是美好的，但它与超对称理论和超弦理论一样，真的不存在。还是考虑一下其他的可能性吧！
PERHAPS THE LAWS OF NATURE ARE NOT STATIC BUT HAVE EVOLVED, THROUGH SOME DYNAMICAL MECHANISM, TO HAVE THE UNLIKELY FORMS THEY ARE OBSERVED TO HAVE.
也许物理定律并不是恒定的，而是依据某种动态机制不断演化的，也许这才是为何我们观测到的宇宙万物与实验推论并不完全一致的合理解释。
——李·斯莫林，《没有什么大新闻》
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NO NEWS IS ASTOUNDING NEWS
没有什么大新闻
Lee Smolin
李·斯莫林
美国知名理论物理学家，畅销书作家；著有《时间重生》(11)。
自从2015年开始，理论物理学界就没有出现过什么大新闻了。仅有的一个例外（还有可能是统计上的异常）是一系列实验证明，20世纪70年代以来建立的基本物理学理论体系并不完整。虽然数千名科研人员付出了巨大努力，希望能够发现某种新现象，以进一步统一和简化我们对物质世界的理解，但就目前而言，进展并不大。
1973年以后，我们将基本粒子和基本力统一为粒子物理学标准模型，这一模型将除引力以外的所有物理现象归结为通过三种力相互作用的12种基本粒子。到目前为止，所有实验都证明了这一标准模型的正确性。通过运用超环面仪器（ATLAS）和紧凑型缪子螺线管探测器（CMS），欧洲核子研究中心的两组科研人员所做的实验也证明了标准模型的正确性。他们所建的大型强子对撞机产生的能量大约是之前其他设备的两倍。
2012年，欧洲核子研究中心的科研人员宣布发现了希格斯玻色子。希格斯玻色子是粒子物理学标准模型预测的尚未发现的最后一种粒子。然而，由于包含29个自由变量，该标准模型还不够完善。一方面，我们目前对这些变量的值缺乏解释。因此，我们希望找到能确定这些变量的深层次理论。另一方面，这些变量中有一些现象相当不同寻常。比如，级列问题——某些相当小的数值之间相差的倍数非常大；还有微调问题——对于包罗万象的宇宙而言，某些变量的值必须非常精确。此外，我们对基本粒子的选择以及决定粒子之间的力的对称性也缺乏了解。寻找标准模型之外的粒子的另一个重要原因在于，通过天文观测，我们获得了充足的证据，它们都证明存在只吸收而不发射光线的暗物质。此外，所有这些证据都表明，大型强子对撞机应该能发现某些新现象。
已经有科学家提出了统一所有物理现象所必需的一些重要假说：超对称理论、人工色模型（technicolor）、大型额外维度（large extra dimensions）和复合性原理（compositeness）。这些假说都推测，大型强子对撞机应该能发现新粒子；一些假说甚至认为，存在诸如量子黑洞之类的特殊现象。到目前为止，绝大部分实验结果都与这些假说相吻合。
可以肯定的是，最新的实验找到了粒子物理学标准模型之外的粒子存在的证据。虽然这个证据的说服力很小，但这一结果令人无比激动。最近在大型强子对撞机中进行的两项实验都发现，产生光子对的碰撞要高于理论值。然而，我们的监测方式如此之多，必然会观测到这种现象。因此，从统计学的角度来看，这一现象可能源自一种随机波动，随着采集的数据越来越多，这一现象也可能会消失。
即使这一现象最终促使发现新粒子（这将会成为一则轰动性的新闻），但这最终会促使形成更高层次的统一，还是会让本已相当复杂的粒子物理学标准模型变得更复杂呢？结果还很难说。值得庆幸的是，不久的将来，我们将会获得更多的观测数据。
量子引力理论的情况也与此类似，这一理论旨在统一量子理论和爱因斯坦的引力理论。根据量子理论的推测，当能量层级变得非常高时，我们观测到的物理现象将与普通的物理现象有所不同。这可能意味着，当处于非常低的能量层级时，空间将会变得离散，或者量子的几何结构将会发生变化。这也就意味着，光速不再是恒定的。正如广义相对论提出的，光速将与能量相关，而且我们可以在某些特定的能量层级观测到光的极化。
在过去的20年里，我们对伽马射线所做的精确观测已经证实了这一推测。这些伽马射线产生于伽马射线暴，它们已经在宇宙中传播了数十亿年。如果光速受能量的影响，即使这种影响十分微弱，我们也能观测到不同能量的光子在到达时间先后上的区别，而且，光在宇宙中传播的这段时间又会进一步放大这一效应。当前，费米伽马射线太空望远镜和其他伽马及宇宙射线探测器正在寻找这种现象。目前，我们还没有观测到与广义相对论相违背的现象。因此，发现量子引力物理的希望还得延后。
另一个类似的现象可能会改变宇宙学。
在宇宙的起始阶段，一定发生了某些重要的事件，才促使形成了如此巨大的宇宙。不过，这一过程又是十分平稳和均匀的。关于这一现象的一种解释是，宇宙发生了暴胀，即在起始阶段发生的快速膨胀。除此之外，还存在一些其他解释，但这些解释都需要对参数和初始条件进行十分精确的微调，而微调之后的结果都显示，平稳的宇宙中分布着噪声波动，这种波动呈现为密集区域和松散区域的随机分布，经过几亿年的膨胀，这些区域最终形成了星系。在宇宙微波背景辐射中，这种波动会产生可以被观测到的碰撞。到目前为止，这种波动的分布是相当随机和普遍的，暴胀理论和其他理论都足以解释这一现象。
在以上这些领域，我们已经从实验中发现了宇宙演变的种种迹象，它们有助于我们解决目前还不完善的宇宙理论的诸多难题。不过，当前的进展还相当缓慢。也许，物质真的是精确设定好的，那么，我们应该转而寻找为什么会这样设置的原因；也许，物理定律并不是恒定的，而是依据某种动态机制不断演化的，也许这才是为何我们观测到的宇宙万物与实验推论并不完全一致的合理解释。
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ONE HUNDRED YEARS OF FAILURE
一百年的失败
塞思·劳埃德（Seth Lloyd）
麻省理工学院量子力学工程系教授；著有《为宇宙编程》（Programming the Universe）。
2015年是爱因斯坦发表广义相对论的100周年。该理论描述了以时空曲率为依据的引力：物质的存在使宇宙的基本结构发生了变形，从而使光的传播路径发生扭曲，时间变慢。广义相对论允许我们将宇宙描述为一个整体，同时还准确地预测了黑洞等特殊天体的存在；它甚至支持闭合的时间曲线，从原则上允许时间的倒流。广义相对论是一种非常成功的科学理论，在其诞生100周年之际，有许多人以文章、节目或学术论坛的形式来纪念爱因斯坦取得的成就。
不过，大家似乎遗漏了一个故事。当爱因斯坦发表广义相对论后不久，有一些物理学家试图融合广义相对论和量子力学。量子力学是描述物质在最小距离和最基本尺度上的状态的物理理论。在过去的一个世纪，量子力学在基本粒子、固态物理学、光学和信息处理这些基础物理学研究方面取得了长足的进步。爱因斯坦发表广义相对论没多久，一些物理学家就提出了量子引力理论，但都失败了。
第一批量子引力理论失败的原因在于，这些物理学家并没有真正理解量子理论。在爱因斯坦提出广义相对论10年之后，薛定谔和海森堡（Heisenberg）才提出了关于量子理论的准确的数学表达公式。到了20世纪30年代初，保罗·迪拉克（Paul Dirac）成功地提出了包含爱因斯坦早期狭义相对论的量子力学公式。在此之后的50多年里，理查德·费曼和默里·盖尔曼等物理学家运用量子场论（quantum field theory）让我们对基础物理学的理解有了本质性的提高，据此所取得的最大成果就是20世纪70年代的基本粒子物理学标准模型，这一模型统一了除引力以外的所有力，随后的实验都证明了它的正确性。
那么，引力的量子理论又如何呢？迪拉克之后的物理学家尝试将量子场论扩展至广义相对论，但都没有成功。失败的原因在于一个棘手的技术问题。量子场论存在一个特殊情况：当计算可观测的值时，比如电子的质量，得到的答案是无穷大。
通过进一步分析，科学家意识到必须考虑电子与其他粒子（如光子）的相互作用，这些相互作用使电子的质量回归常态，不再是无穷大。在量子场论中，这种回归常态发挥了重要作用，比如让电子的质量可以精确至6位数。然而，这种回归常态不适用于量子引力理论，因为该理论无法使电子的质量回归常态，其质量仍然是无穷大。
在这之后的数十年间，广义相对论量子化的失败致使人们放弃了探究新发现。也许大家最能接受的关联引力和量子的理论是，霍金提出的“黑洞不仅会吸收所有物质，还会向外辐射物质”的推断。霍金辐射并不是关于量子引力的，而是关于量子在遵循爱因斯坦非量子公式的经典时空中的运动的。圈量子引力论（loop quantum gravity）虽然解决了量子引力理论的部分问题，但又让其他问题变得更为复杂了，比如，该理论难以将物质包括进来。作为由物质组成的人，我反对不包括物质的理论。
弦理论的一个主要吸引人之处在于，它一开始就包含了一种等同于引力的粒子——引力量子。令人感到不幸的是，即使弦理论最忠诚的支持者也知道，弦理论目前还不是一种能完全自证的理论，而是一系列被称为“奇迹”（这明显具有讽刺意味）的数学上的观察结果。
一位长期研究量子引力的学者曾告诉我，若想在该领域发表论文，宣称在某方面取得进展，都必然会让某些问题变得更复杂，所以总效果为负。如果说经济学是令人沮丧的科学，那么量子引力学就是令人沮丧的物理学。
然而，最近几年出现了一些曙光。作为物理学和数学的分支，量子信息论是关于如何以量子力学的形式系统地表示和处理信息的。与弦理论不同，量子信息论实际上是一种理论，它依赖于有序的猜想和数学证明，并与实验联系紧密。量子信息论可以被视为离散量子系统（可以由比特或量子比特表示的系统）的整体性理论。
最近，量子引力理论和量子信息论的研究人员展开合作，以证明量子信息论有助于我们更深入地了解一些问题，包括黑洞蒸发、全息原理（holographic principle）、反德西特／共形场论（anti-de Sitter/conformal field theory，简称AdS-CFT）等类似问题，如果这些问题听起来很深奥，那是因为它们原本就很深奥。令人感到鼓舞的是，量子信息论带来的关于量子引力方面的进展不会因为使其他问题变得更加复杂而导致总效果为负。
我们目前还不知道统一量子和引力子的努力能否成功。过去100年量子化引力的失败表明，这种努力难以成功。不过，如果运气好的话，量子化引力的下一个百年应该不会如此沉闷了。
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HOPE BEYOND THE HIGGS BOSON
希格斯玻色子之后的希望
萨拉·德默斯（Sarah Demers）
耶鲁大学物理学副教授。
假设一位所信任的朋友告诉我们一个传闻，这个传闻听起来不太真实，而且这位朋友自己也不是很确定。几分钟以后，另一位朋友又小心翼翼地告诉了我们同一个传闻。两位值得信赖的朋友都说了同一个传闻，这会促使我们去搞清楚它是否属实。这就是2015年12月15日所发生的情况。当时，通过超环面仪器和紧凑型缪子螺线管探测器，欧洲核子研究中心公布了高能量运行实验的初步分析报告。两组报告都发现了相同的特殊现象。即使宣布发现新粒子还为时尚早，但当前粒子物理学的现状致使这成为近期的头条新闻。(12)
大型强子对撞机的高能量运行实验重启于2010年。2008年发生的一次事故导致对撞机损坏，2009年，它小心翼翼地运行了一年。2011—2012年的实验数据发现了希格斯玻色子。随着实验数据的不断增多，全世界的粒子物理学家都在议论一个令人难以入眠的问题：除了希格斯玻色子以外，如果我们再也不会发现任何粒子了该怎么办？换句话说，如果我们熟练地将粒子物理学标准模型预测的粒子分类，引入希格斯粒子使某些物质具有质量，但在理解暗物质、暗能量、量子引力等占宇宙96%的物质和能量方面一无所获该怎么办？
如果物理是理解宇宙的基础，那应该还存在一些有待发现的粒子。希格斯粒子的预测、数十年的探索历程，再加上实验和理论的结合，这些都增强了我们对现有方法的信心。不过，未知的部分可能超出我们的想象和当前的技术水平。
这些“希格斯粒子之外再无其他粒子”的言论体现了我们已经达到能量极限的悲观情绪。如果不存在未知部分的确凿证据，我们也许就不会再有建造以更高能量运行的机器的动机。即使我们说服了自己，那能否说服全世界再一次集中资源突破能量极限，继续在极限条件下探索宇宙，理解宇宙的基础呢？
2015年，大型强子对撞机突破了另一个能量瓶颈：从产生希格斯粒子的8兆电子伏特提高至13兆电子伏特。参与紧凑型缪子螺线管探测器和超环面仪器实验的研究人员对数据进行了不间断的分析，并在12月5日的一次年底活动上公布了分析报告。这两项实验的研究人员都十分谨慎地宣布，他们在同一位置发现了同样的全新粒子的轨迹。在高能碰撞中，来源于同一个粒子的两个光子可以生成质量。基于这一原理，这两项实验都观察到了少量的质量增加现象（多于粒子物理学标准模型的预测值），接近1.34×10-24千克。谨慎地宣布这一实验结果是有道理的。这两项实验发现的这些轨迹之后可能随着数据的增多而不再出现。如果不是大家对此议论较多，这可能不会成为大新闻。然而对于我而言，这代表着我们当前高能物理学领域的希望。
在接下来的几年时间里，在13兆电子伏特的能量级别，我们将会收集到比现在多10倍的数据。因此，从理论上来说，我们具有发现特殊现象的基础。如果随着数据的增加，在7 500亿电子伏特的能量级别上发现的特殊现象不再出现，我们将会继续寻找能改变我们对世界的认知的新现象。我们将继续努力前行，发现新粒子。
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AN UNEXPECTED, HAUNTING SIGNAL
出乎意料而又令人难忘的信号
杰拉尔德·霍尔顿（Gerald Holton）
哈佛大学物理学教授、科学史教授，现已退休；著有《科学中的胜利与烦恼：爱因斯坦、波尔、海森堡以及其他》（Victory and Vexation in Science: Einstein, Bohr, Heisenberg, and Others）。
2015年12月，对于全世界物理学界的许多人而言，出现了一则大新闻。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机发现了一种出乎意料而又令人难忘的信号(13)。这种现象可能意味着存在一种全新的粒子，它无法用当前的高能物理学理论来解释。实验与理论的一扇全新的大门也许已经被打开，希格斯粒子的发现已成为过去。
然而，在这一发现之后，大型强子对撞机按照惯例被关闭了。直到第二年3月份才重新运行，关闭的时间的确有些漫长。这与第二次世界大战期间世界上第一个核反应堆的遭遇一模一样，后者的发生地点在芝加哥，负责人是恩里科·费米（Enrico Fermi）(14)。在即将到达关键一步的某个中午，费米并没有继续实验，而是让大家等一等，等他午睡起来再继续。
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NEWS ABOUT HOW THE PHYSICAL WORLD OPERATES
关于物理世界如何运转的新闻
伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）
理论物理学家，斯坦福大学教授；与阿特·弗里德曼（Art Friedman）合著有《理论最小值：量子力学》。
我来讲述一个关于物理学前沿研究的新闻。这个新闻在我看来十分重要，我说的“重要”是指对于那些对物理世界的运转原理感兴趣的人而言。
首先，这一新闻来源于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，它发现了一种新粒子的可能证据，这也可能是数据统计上的一个小异常。不过，这一发现也许是新粒子，也可能是一次意外。如果是新粒子，那么它和希格斯玻色子不同，它不属于粒子物理学标准模型。实际上，就我所知，新粒子无法运用任何理论框架来解释，比如超对称理论和人工色模型，它也不是黑洞或引力子。目前来看，它更可能是一种特殊粒子。
如果这一新闻成真，就意味着宇宙中可能存在更多粒子等着我们去发现，甚至可能存在一种新的力，或者在粒子物理学标准模型之上还存在一整套体系。目前，还没有人能说清楚这一新闻的真正含义，它可能与神秘的暗物质有关，也有可能与孕育星系的物质有关。虽然新粒子本身可能并不是暗物质（生命周期太短），但它可能与暗物质存在某种联系。
在理论研究方面，我认为最具吸引力的是关于引力、空间结构和量子力学的新观点。比如，越来越多的证据（均为理论依据）显示，量子纠缠是将宇宙维系成一个整体的关键因素。如果没有量子纠缠，空间将会分裂成一种无固定形态、无结构、难以分辨的东西。
另一种有趣的观点是（更准确地说是我的观点），黑洞内部的空间来源于量子的复杂性。这个观点比较复杂，可以将它当作物理学与量子信息学之间的一种全新的联系。这个观点并不牵强，它不仅可以加深我们对于基础物理学相关问题的了解，还能解决在建造和使用量子计算机时遇到的实际问题。这是多么神奇！
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UNPUBLICIZED IMPLICATIONS OF HAWKING BLACK-HOLE EVAPORATION
黑洞蒸发理论的深层含义
弗兰克·提普勒（Frank Tipler）
杜兰大学数学物理学家、宇宙学家；著有《不朽的物理学》（The Physics of Immortality）。
1974年，史蒂芬·霍金证明了黑洞会向外辐射某种物质。量子力学致使黑洞以非常平稳且缓慢的方式来减轻自身的质量。黑洞的引力会在其外部产生粒子对，其中一个粒子具有负质量，而另一个粒子具有正质量。负质量的粒子会掉入黑洞，正质量的粒子则会远离黑洞。结果便是，黑洞的质量逐渐减轻，最终变为零。
霍金意识到质量为零的黑洞是一种无法说得通的结论，因为像黑洞这样的实体只可能是一个消灭黑洞内部信息的裸奇点（naked singularity）(15)。量子力学（告诉我们黑洞会蒸发）的一个基本原则是“幺正性”（unitarity），即信息是守恒的。然而，如果黑洞在蒸发的最终阶段会消灭信息，则信息就无法守恒。如果黑洞完全蒸发，那就违反了幺正性。
霍金后来犯了一个错误。他声明我们在黑洞蒸发这个问题上只能接受对幺正性的违反。然而，幺正性是量子力学的基本原则之一。幺正性极其重要，如果幺正性被违反，那就同时违反了能量守恒定律。只要违反一点点幺正性，之后一定会违反得越来越多，这就像孕育小生命，会一点点变大。斯坦福大学教授伦纳德·萨斯坎德指出，即使违反一点点幺正性，也会对能量守恒定律产生灾难性的影响，这就如同打开微波炉发现，它凭空产生了巨量能量（请记住，能量并不守恒），足以毁灭地球。
显然，上述情况不可能发生。虽然信息和能量必须守恒，但我们已经探测到了许多黑洞，而它们确实会蒸发。那该如何解决这一难题呢？
对于这个问题的一个解释是，我们观察到的所有黑洞，其质量与太阳质量相近或更大，这样的黑洞在变成裸奇点之前还需要数十万亿亿年的时间。在黑洞完全蒸发之前，也许宇宙已经坍缩成一个奇点了。
关于黑洞蒸发难题的这种解释具有许多意义。第一，这意味着暗物质（无论其实质是什么）最终会消失。在不断加速膨胀的宇宙中，宇宙不会坍缩成奇点，所有黑洞最终都会蒸发。
第二，著名美籍以色列裔物理学家雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）（他建议霍金应该研究黑洞蒸发的可能性）已从数学的角度证明，如果黑洞存在视界，那么随着宇宙不断向奇点发展，宇宙的熵将会逐渐变为零。然而，热力学第二定律表明，熵不会减少，只会增加，更不用说在时间的尽头趋于零了。因此，如果热力学第二定律成立（确实成立），就意味着不存在视界。我们可以通过数学证明：如果不存在视界，就意味着宇宙在空间上是有限的。
不存在视界还顺便解决了黑洞内部信息如何逸出的问题。如果不存在视界，也就不存在逸出障碍。我们应该牢记，黑洞有视界的假设仅仅是一种假设，不是观测事实。如果宇宙最终走向大坍缩，那黑洞内部的信息直到接近大坍缩时才会逸出。目前，我们还没有观测到这种现象：信息不会一直禁锢在黑洞内部。声称视界存在就如同一些人宣扬自己是不朽的，这只能留给时间来检验了。
如果接受关于黑洞蒸发难题的这种解释，并依据标准的物理定律，我们便能推断出，宇宙在空间上是有限的，暗物质最终会消失，宇宙最终将会走向大坍缩，而且视界并不存在。在过去10年里，虽然许多物理学家已经得出以上结论，但其中的含义也许并未被科学记者知晓。如果信息最终会逸出，那我们希望是在时间的尽头之前。
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THE ENERGY OF NOTHING
真空的能量
安德烈·林德（Andrei Linde）
永恒混沌理论的提出者，斯坦福大学理论物理学家。
1998年，研究超新星的两个天体物理学家小组获得了20世纪最重大的发现——真空并不完全是空的。每立方厘米的真空包含了10-29克被称为真空能量的不可见物质。这基本等同于什么都没有：这个数量是1立方厘米水所含物质的10-29倍，比质子的质量轻5个数量级。如果地球由这种物质组成，质量将少于1克。
如果真空能量如此之小，那我们是如何知道它们的存在的呢？就算将10-29克物质放在最小的体积内，看起来也相当于没有物质。起初，许多人都对这一结论持怀疑态度。然而，经过多年的共同努力，研究宇宙微波背景辐射和大尺度结构的天文学家不仅证明了真空能量的存在，还将真空能量的密度精确至百分之几。最初的怀疑和不相信变成了接受。索尔·伯尔马特（Saul Perlmutter）、布赖恩·施密特（Brian Schmidt）和亚当·里斯（Adam Riess）也因此获得了2011年的诺贝尔奖。
这一发现震惊了全世界的物理学家。不过，这一发现是否无关紧要呢？
虽然真空能量很小，但其密度实际上与宇宙中普通物质的能量密度相当。在这一发现之前，天文学家认为物质的密度仅占平坦宇宙密度的30%。这表明宇宙是开放的，并非像暴胀理论预测的那样，是封闭的。真空能量组成了宇宙剩下的70%，从而证实了宇宙暴胀理论最重要的一个推测。
这么小的真空能量足以让宇宙的膨胀速度缓慢增加。如果宇宙膨胀至现在的两倍大，则需要10亿多年的时间。如果膨胀持续，大约1 500亿年以后，所有银河系之外的星系都将从我们的视线中消失。这与之前预测的我们看到的星系会越来越多的结论相反。
大约一个世纪以前，爱因斯坦就曾考虑过真空可能具有能量，但之后又放弃了这一想法。此后，粒子物理学家重新提出了这一理论。然而，即便他们最佳的估计，也比实际值大了很多。在很长一段时间内，他们试图寻找能够证明真空能量为什么必须是零的理论，但都失败了。然而，解释真空能量为什么不是零而是如此之小更具挑战性。
这里还存在一个问题。如上所述，当前真空能量与宇宙中普通物质的平均能量密度相等。在过去宇宙尺度小一些的时候，相比于普通物质的能量密度，真空能量的密度小到可以忽略不计。当未来宇宙变得更大时，普通物质的能量密度将呈指数级减小。为什么我们生活在两者刚好相等的时期呢？
30年前，也就是在发现真空能量很久之前，史蒂文·温伯格和其他几位科学家在一次争论中提到，真空能量如此之小不应该令我们感到惊讶。如果真空能量为较大的负值，宇宙就会在生命出现之前坍缩；如果真空能量为较大的正值，星系将无法形成。因此，我们仅能生活在一个真空能量足够小的宇宙中。我们过去以为，关于基本相互作用力的大一统理论的所有参数（如真空能量）的值是不会变的。这也是为什么真空能量又称为宇宙常数的原因。如果真空能量不会变，那么人类的顾虑就没有意义。
真空能量如此之小的唯一解释来自多元宇宙理论和弦理论的适用条件。这两种理论认为，宇宙由不同属性和不同真空能量的区域组成，而我们只能生存于真空能量足够小的这片区域。这也就解释了我们所在宇宙的真空能量为什么如此之小。
一些人认为，这种解释是错误的。然而，自从发现真空能量之后的20多年里，没有出现一个具有说服力的替代答案。对于这一想法，有些人表现得十分激动，包括温伯格。他们宣称：“也许我们正面临新的转折点。我们所接受的物理学理论的合理基础发生了根本性的变化。”
上述关于真空能量如此之小的解释意味着，将来会发生出人意料的变化。根据这一解释，如今宇宙的所有真空均处于亚稳定状态。这意味着在遥远的将来，我们所在的真空会衰退，并会毁灭现有的生命，然后在其他区域重新创造生命。
现在断定这个变化是否会发生还为时尚早。无论能否发现这种变化，抑或真空能量如此之小的发现也许无关紧要，但它们都可能会对宇宙学、弦理论、科学方法论，甚至我们关于宇宙未来的看法，产生巨大影响。这个发现算得上令人感兴趣的新闻。
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THE BIG BANG CANNOT BE WHAT WE THOUGHT IT WAS
宇宙大爆炸不是我们原来想象的那样
保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）
普林斯顿大学理论物理学家，普林斯顿大学理论科学中心主任；与尼尔·图罗克（Neil Turok）合著《无尽的宇宙》（Endless Universe）。
2014年，来自一个科研团队的一则声明吸引了科学界和新闻媒体的关注。他们声称找到了宇宙起源于大爆炸，随后膨胀速度加快的有力证据：在探测器的观察下，宇宙初期产生的光呈现出独特的极化。这种极化方式只有在宇宙的温度和密度相当高，且宇宙能够形成大尺度结构的条件下才能形成。这与暴胀理论的预测一致。
然而，在接下来的一年时间里，这一声明被证明是错误的。原因是，该科研团队在寻找宇宙深处的信号时，并未考虑到光在穿过银河系中的星尘时所发生的极化。最近，他们的声明变成了：即使采用高灵敏度的探测器进行大范围的寻找，也没有发现宇宙极化的证据。
虽然这一态度上的转变受到了广泛关注，但这一新闻的完整含义并未被广泛理解。我们现在知道，大爆炸并不是我们之前认为的那样。
当前的普遍观点是，大爆炸是一个剧烈、高能量的过程。在这个过程中，空间、时间、物质和能量突然产生，并呈扭曲和不均匀分布。为了解释我们实际观测到的非扭曲、近似均匀分布的宇宙，许多宇宙学家推测，大爆炸之后紧接着的是一个迅速膨胀的阶段，并且这一阶段的能量和物质密度仍然非常高。如果只发生了暴胀，那么宇宙应该是完全平稳的。然而问题是，量子和膨胀是同时存在的，而量子“反对”完全的平稳。
在暴胀所需的能量高度集中的阶段，随机的量子涨落在宇宙形状以及物质和能量的分布中会持续产生碰撞和摆动，结果便是在暴胀结束后，宇宙呈不规则分布。量子产生的不规则分布呈现为以光的形式辐射的热点（hot spot）和冷点（cold spot），它们就是宇宙微波背景辐射，源自宇宙极早期。自从宇宙背景探测卫星于1992年第一次观察到宇宙微波背景辐射的温度在空间存在微小的变化以来，已经有很多实验观察并确定了热点和冷点的分布情况。
然而，关键的问题在于，当能量十分集中时，量子产生的空间扭曲应该足以改变宇宙早期光的传播方式，并使光呈螺旋式的极化。这种螺旋式的极化（又称为B模式）就是前文科研团队提出又撤回的暴胀理论的证明。未能发现B模式意味着，在剧烈的大爆炸之后，由高能量驱动的暴胀这一推测存在明显错误。与之前的推测不同，无论塑造宇宙的大尺度结构的过程是什么样的，都应该是一个更加温和、更低能量的过程。
