超越爱因斯坦？
13
超越爱因斯坦？
虫洞
小时候，我和父母住在一栋大公寓里。在后院，有一个沙坑和几块草坪。后院被一堵不可逾越的墙所包围，我一直想知道墙后面是什么。所以在某个时候，我开始用钉子和棍子在接头处钻洞。这对我的小手来说很乏味，也很累人。几个月来，我趁大人们不注意的时候，偷偷摸摸地搞着。缝隙越来越大，但我从未挖通。这堵墙对我来说实在是太强大了。
当我大到可以上学时，我突然可以探索墙后的区域，那是学校操场。我所要做的不是穿墙，而是走出后院，绕过街区，然后穿过大门，去到之前的神秘场地。有时你必须耐心地成长和成熟，才能意识到直接的路线有时是错误的，正确的路线就在拐角处。
当涉及墙和边界时，我仍然有完全相同的好奇心的感觉。它们的背后是什么？我们最终会成功地克服我们的边界吗？我们能绕过黑洞的暗墙吗？难道在事件视界的某个地方没有一个缺口，我们可以通过它看进去，或者我们可以绕道而行？
早在1935年，阿尔伯特·爱因斯坦在与他的助手纳森·罗森（Nathan Rosen）讨论黑洞的内部时就提出了同样的问题。在数学上，这些方程也允许出现与黑洞相反的情况——一个白洞，只有东西能从里面出来，但没有东西能进入里面。更糟糕的是，原则上，这样的白洞和黑洞可以通过一座桥连接起来，让东西进入黑洞，并从另一端的白洞出来。
在物理学上，这个构造被称为“爱因斯坦-罗森桥”（Einstein-Rosen Bridge）。但普林斯顿大学教授约翰·阿奇博尔德·惠勒在20世纪50年代出于营销目的，巧妙地将其重新命名为“虫洞”，使几代科幻小说家都很高兴。因为毕竟可能不仅仅是可以逃离黑洞，虫洞也会连接宇宙的两个区域，而且在两个区域间旅行的速度会比光速快。即使是时间旅行和访问另一个宇宙也是可以想象的。
但是，在数学意义上可能存在的一切都是真实存在的吗？数学是科学的神话，它是一种抽象的描述，把真实的经验描绘得像奇妙的神话生物一样精彩。存在于数学中的东西可以存在于现实中——但它又不一定存在。区分这两者是物理学家的谋生手段。
我们在白洞和虫洞方面也面临同样的问题。从数学上看，两者似乎都是真实的，但它们是否具有物理意义？到目前为止，我们还没有发现任何证据表明太空中存在虫洞。事实上，当我们看到M87*的图像时，我们曾短暂地考虑过它是否可能是一个虫洞，但其大小与预测不符[217]。
更为尴尬的是，虫洞在数学上并不稳定。如果物质飞过它们，它们就会坍塌——至少在理论上是这样。为了防止这种情况，人们必须发明一种新的物质形式，创造反引力。单纯的反物质将不适合于此，因为它和正常物质一样受引力法则的影响。如果你把反物质扔到空中，它应该落到地上[218]——除非它在与正常物质湮灭的刺眼闪光中首先自我湮灭。
另一个问题是，我们不知道一个可通过的虫洞是如何自然产生的。我想你必须自己建造它。对于一些创造性的理论家来说，这不是一个问题。“由于对先进文明的技术和材料一无所知，我们物理学家有无限的自由来设计这样的东西。”诺贝尔奖得主基普·索恩（Kip Thorne）在《纽约时报》上声称[219]。即使虫洞可以存在，理论上还不能确定它们是否真的能使所有的奇迹承诺成真。但人们仍然可以梦想它。
霍金辐射
量子理论和爱因斯坦的相对论也许是科学中最具突破性的思想。它们从根本上定义了我们的世界，也同样的基本。但如果谁试图把它们联合起来，多半要碰壁了。黑洞比宇宙中任何其他物体更清楚地揭示了这种无法解决的冲突。
广义相对论描述了时空的本质。在时空中发生的是我们生命的开始和结束，以及整个宇宙的奇观。时空是上演着宇宙发展大戏的剧院。万事万物都有自己在时空的位置。如同本书前文提到的可伸展的床单的例子，这个剧院的舞台不是静态的，而是一块灵活的地毯。地毯随着演员的表演做出反应，发生变化。黑洞是这个宇宙舞台上最激进的演员——一个真正将其撕裂并向我们提出深刻问题的演员。
一切都有它的位置和时间？真的是这样吗？不！因为有第二个同样基本的理论，即量子理论。相对论描述的是非常大的事物，而量子理论关注的是非常小的事物：物质、分子、原子和基本粒子的结构。然而，恰恰是光的组成部分，即光子，使时空可测量。这些光量子将时空从抽象的数学描述的黑暗带入有形的现实的亮光。这就是相对论和量子物理学的结合点。
但与爱因斯坦的理论不同，在量子物理学中，并不是所有的东西都有它的位置或时间。在极短暂的瞬间，流程可以向前和向后运行。粒子可以在无人注意的情况下同时出现在两个或多个地方。在其极端情况下，量子理论打开了一个微观世界，对我们来说就像黑洞边缘的宏观世界一样陌生。然而，这两种理论已经成为我们日常生活的一部分，例如，在我们的智能手机中和平地并肩工作。我们手机中的每个芯片、每块半导体都是量子物理学的应用。没有量子物理学，就没有互联网，就没有计算机的大脑。另一方面，在我们的手机地图上为我们指明方向的导航系统使用了广义相对论的结果。
但是在黑洞的边缘，这两种理论以一种根本的方式发生了碰撞。这里一定有一种全新的物理学在起作用，多年来，我们星球上数以万计的最聪明的研究人员一直在绞尽脑汁，以弄清这种物理学可能是什么样子的——迄今为止，没有明显的成功。
到目前为止，这个问题只存在于纯粹的理论层面。著名的天体物理学家斯蒂芬·霍金曾深入思考过量子粒子在事件视界上会发生什么。
量子物体是迄今为止物理学中最小的“流氓”。善良的上帝让它们逃脱了，做到了对我们来说是不可能的事情。例如，它们可以在短时间内借用一些能量，而不需要征求任何人的同意。它们的诀窍是迅速地将这种能量反馈回来，以至于不被人察觉。
原则上，人们想象空旷的空间是一个巨大的泡沫海，水滴和水花自发地从这里一次又一次地飞溅到空中，然后再次消失在其中。海洋和空气之间的界限变得模糊不清。靠近海面的时候，你已经湿透了，即使你还没有在水里游泳。
以同样的方式，最小的粒子自发地出现在空旷的空间，然后又消失。这样一来，空的空间就不完全是空的，而是充满了粒子喷射。但要从无中创造出一个粒子，当然需要能量。从哪里拿，不偷不抢？在海上，是风用其能量创造了这些水滴，但风并不存在于空旷的空间。因此，大自然使用了一个简单的平衡技巧：它以虚拟光量子的形式短时间内借用了一些能量。由此，它创造了一个粒子对。它由一对完全相反的双胞胎组成：一个粒子和其反粒子——可以说是迷你天使和迷你魔鬼。一个是带正电的，另一个是带负电的。如果一个向左转，另一个就向右转。如果一个是物质，另一个就是反物质。与大海相比，粒子就像空气中的一个小水滴，反粒子就像大海中的一个气泡。
如果两者再次走到一起，那么它们的所有属性就会相互抵消，而物质和反物质就会相互湮灭。然后什么都没有留下——除了一个短暂的虚能量闪光，消失在时空之海中。这就偿还了能量债务，而且没有人有什么可说的。
但这就像金融危机一样：只要没有人注意到，所有的债务都尽职尽责地支付，拆东墙补西墙的把戏就会奏效；当有风暴的时候，事情就会出错。然后，水滴被赶过海面，在港口码头溅起水花。大海似乎失去了水，而你在陆地上会被打湿。不过，大海是吹不空的，更别提还有河流和雨水总是在重新填满它。
正是这样一个过程——根据霍金的说法——也发生在黑洞的边缘。事件视界是时空之海中的海岸。风暴是黑洞，这里没有风的能量，但有引力的能量。
霍金在他的公开演讲中这样描述这一过程：一对粒子和反粒子的孪生子在黑洞的边缘产生，并从其强大的引力场中借用能量。在他们重聚之前，其中一个人消失在事件视界中。幸存的双胞胎不能再与它的反双胞胎结合，并逃到无限大的空间中。短暂的粒子对因此突然变成了一个永久的单粒子。
但是用这种粒子支付的能量债务已经无法偿还，这是一笔失败的交易。黑洞借用了两个粒子，但只拿回了一个。因此，它失去了能量和质量。这就仿佛有一阵稳定的微风将颗粒状的水花吹走，并让你在岸上感受到一阵微风吹来的水花。看起来黑洞正在辐射。这就是这个已故的英国人在1975年首次描述的霍金辐射。
这只是非常简略地介绍了霍金对粒子和反粒子的描述，从概念上描述了量子理论中的计算方法。实际上，霍金辐射最终发射出来的不是物质粒子，而主要是光子，也就是光，而且波长比黑洞本身长。辐射也不是直接在事件视界上产生的，而是来自黑洞周围的广阔区域。这更像是引力场的辐射。
从形式上讲，这种黑洞辐射也可以被描述为热辐射。一杯热咖啡在一段时间后会冷却下来，即使你盖上盖子，没有水蒸发。杯子产生热辐射是因为杯子表面的原子由于热量而轻微振动，并辐射出量子光粒子。德国物理学家马克斯·普朗克在1900年发现了这种辐射的特性，为量子理论奠定了基础，并将其与热力学——热的理论——联系起来。任何不透明的黑色物体在热的时候都会辐射——不管它是由什么构成的，也不管它的形状如何。
因此，热咖啡杯中也有量子物理学在发挥作用，主要产生的是近红外辐射。这导致它失去能量并慢慢冷却下来。热像仪可以看到这种光，而我们的眼睛却看不到。但我们的手在接触杯子之前就已经感受到了这种辐射。几乎可以说，人通过不可见的光感受到杯子里的量子震荡。
热辐射的数学形式看起来总是一样的，只取决于温度：温度越高，光的频率就越高。这就是为什么加热的铁首先在近红外范围内发出肉眼不可见的光，然后是明显的红色，然后是淡黄色，然后是白色——因为越来越多的高频率颜色被加入。恒星甚至可以发出蓝色的光芒，因为它们比烧红的钢铁还要热。
至少在理论上，霍金辐射的黑洞可以发出完全相同的辐射。所以你可以给黑洞分配一个温度，而这个温度只取决于它们的质量。它们越小，就显得越热。根据霍金的说法，一个质量约为月球0.5%的黑洞将与新煮的黑咖啡一样热，并会以同样的方式辐射。当然，二者的味道是有些不一样的。
霍金辐射导致黑洞失去能量，从而失去质量——毕竟，质量等于能量，正如爱因斯坦最著名的公式所说。然而，与咖啡杯不同的是，如果不加理会，咖啡杯会因热辐射而降温，而黑洞却会因其辐射而变得越来越热。它变得越小，温度就越高，黑洞的辐射效率就越高。最终，它以几乎无限的热量爆燃了。这可以解释为什么小黑洞似乎不会在自然界出现。一个质量相当于两辆160吨柴油机车总和的黑洞会在短短一秒钟内爆炸。
天体物理学的黑洞则不同。即使是质量约为1亿吨的小行星伊卡洛斯变成的黑洞，其寿命也与宇宙的寿命差不多，然后才会消亡。一个质量相当于太阳的黑洞需要1067年才能做到这一点，而M87*需要1097年的时间，令人难以想象。
我曾经试图将其形象化，但就是行不通。如果你把整个已知宇宙的质量——即所有存在于太空某处的恒星、行星和气体云——聚集在一起，形成一个巨大的物质海洋，每10亿年从这个物质海洋中捞出一个微小的质子，那么由于霍金辐射，宇宙仍然会比M87*快一亿倍地消失。
此外，在黑洞消失之前，宇宙必须完全灭亡，变为空虚和黑暗。这是因为宇宙中的每一个气体粒子、每一个光波都会导致黑洞继续增长。因此，在比我们所能想象的要长得多的时间尺度内，像M87*这样的超大质量黑洞只会不断变大。来自M87*的霍金辐射是如此微弱，以至于没有任何探测器能够在我们的宇宙寿命内开始探测它，就算我们让探测器飞过去也一样。
即便如此，黑洞理论上也可以蒸发，释放出曾经被困在里面的一切。没有什么会是永恒的——甚至黑洞也不会。
在霍金辐射的计算中，事件视界的存在是至关重要的，但如果霍金辐射真的是引力场的衰变，我甚至可以想象，最后中子星甚至普通物质也会在一个类似的过程中衰变，从而使所有的引力场重新消解为光。但在这一点上，这纯粹是猜测。
起初有光，最后宇宙中也许又只剩下光了——如果在那之前没有任何令人兴奋的新情况发生的话。(https://www.daowen.com)
在我们关于这幅图像的新闻发布会结束时，欧盟专员卡洛斯·莫埃达斯引用了斯蒂芬·霍金的句子：“黑洞并不像它们被描绘的那样黑。它们不是曾经被认为的监狱。物质可以从黑洞中出来，既可以向外，也可能进入另一个宇宙。因此，如果你觉得你在一个黑洞中，不要放弃！你可以在这里找到你想要的。有一条出路。”
这是一场令人印象深刻的新闻发布会的一个令人鼓舞的结束。那么，黑洞是否允许我们在经历了地狱之后，继续用这个比喻，在霍金那里获得复活？黑洞是否只是通向真正启蒙之路上的暂时炼狱？
让我们不要被这种虚幻的希望所误导。在我死后，哪怕是假设忽然有阵无名狂风，在我的身体在火葬场燃烧的时候聚集我的骨灰和烟雾，把我散落到世界各地的遗体重新组合成人，也比我再次逃离黑洞的可能性大得多。
然而，理论物理学家并不满足于这种实际操作意义上的不可能性。仅仅是有丝毫可能性的前景就使他们陷入最大的混乱之中。
信息损失
每个时代都有其伟大的主题。它们影响着我们的世界观，也影响着科学。一位同事曾得意地说，他对第一颗原子弹引爆后不久才创造出大爆炸的“大爆炸”一词并不感到惊讶。今天，我们生活在信息时代，物理学正越来越多地以信息论的语言被改写。最现代的变种甚至声称引力可以用比特来描述，自然法则类似于计算机语言，甚至整个宇宙实际上就是一个计算机模拟[220]。虽然我并不真正相信这些疯狂的猜测，但显然信息已经成为自然科学的一个重要概念。
一切都是信息：物质和能量，也许甚至是黑洞。这里的一个关键概念是信息的反面，即非信息，无序——或者，更贴切地说，熵。事实上，光和时间、知识和无知、随机性和预先决定等概念是密切相关的。
早在19世纪末，奥地利人路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）就研究了热力学及其特性——例如热、压力、能量和功——是如何与极小的颗粒相关的。当时，蒸汽机的热量和压力产生了能量和功。在蒸汽机中，是许多微小的水蒸气颗粒在移动并产生压力，为机车做功和提供动力。
锅炉中的粒子就像充气城堡上的孩子：他们越是疯狂地跳来跳去，充气城堡就越是剧烈地摇晃。孩子们跑动得越多，跳得越肆无忌惮，对墙壁的压力就越大。孩子的能量和速度的平均值与蒸汽锅炉中的温度相对应。在孩子们的生日聚会结束时，孩子们已筋疲力尽，他们的能量消退了。跃动的城堡停了下来——蒸汽锅炉冷却了下来。
在弹跳之前，我把孩子们分成两组。穿着蓝色T恤的文静的孩子一开始只是坐在蹦蹦床里。穿着红色T恤的运动型野孩子们直到发令枪响后才冲进去，发生了几起暴力冲突，但大多没有流血。随着野蛮人的到来，每个人几乎同时以差不多的方式弹向后墙，城堡摇晃得很厉害。但这时仍是一种高秩序和低熵的状态。然而，由于城堡里的孩子太多，平和的孩子也必须跟着跳，否则就会被撞倒，而野孩子必须跳得慢一点，否则就会一直撞到其他人。这两个群体相互交融，喧嚣变得更大、更混乱。一个物理学家会这样描述说，蹦蹦跳跳的城堡达到了热平衡，熵增加了——所有东西很快就混在一起，红色和蓝色的T恤到处都是。如果孩子们脱掉上衣，没有人会知道他们原本属于哪个小组。
类似的事情也发生在蒸汽机中。如果我把热空气的锅炉连接到冷锅炉，空气将从热锅炉流向冷锅炉，我可以通过它驱动涡轮机。如果我停止加热，两个锅炉中的温度就会平衡，两个锅炉中的气体粒子以相同的速度移动，空气停止向任何方向流动，涡轮机也停止。系统处于热平衡状态，所有粒子都完全混合。原先冷热分离的有序系统已经变成了无序的系统，熵增加了。不能做更多的功了。物理学家说的该系统已达热平衡，意思是完全混合。现在只有一个大的同化量，其唯一特征是所有粒子的共同温度。
我们也可以说：混乱只会不断增加。这不仅是年轻父母最重要的经验之一，也是物理学的经验。因为它描述了热力学的一个基本定律，适用于每一个孤立系统和每一个孩子的房间：你永远不会看到两个温度相同的水壶自发地分成一个热水壶和一个冷水壶，或者孩子房间里的积木按照颜色分类。你总是要先消耗能量来减少熵。整理是乏味的——而且要花费精力。
然而，即使是一个由彩色积木组成的不整齐的盒子，也还没有达到可能的最大熵值。只有当所有的构件都被磨碎、瓦解并最终辐射成热光噪声时，它才会发生。所以事情可能比不整洁的儿童房还要糟糕。
因此我们很幸运，我们的宇宙只有一百多亿年的历史。如果我们生活在一个无限古老的宇宙中，即使我们做出种种努力，它还是会混乱到极点，而且完全随机。将不再有星系，不再有恒星，不再有粒子，也不再有黑洞。光线将被无限地拉长，似乎要熄灭了一样。宇宙会像吹灭的蜡烛在沙漠的风中的烟雾一样乏味。在这方面，宇宙的有限性最终是我们存在的前提。
然而，有趣的是，熵的概念也出现在信息理论中，美国数学家克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）早在1948年就表明了这一点——只要把孩子房间里的玩具或蒸汽锅炉里的气体粒子换成字母即可。让我们来看看这本书的书页。如果我玩窃窃私语的游戏，悄悄地把这些句子读给我的邻居听，而我的邻居又悄悄地把它们从记忆中传给她的邻居，她又传给她的邻居，这个链条越长，错误就会越多。原本就信息量不大的文本最终会变成无法理解的胡言乱语，不再包含任何信息。如果我只传递信息而不加以纠正，信息的损失和无序将不断增加。在可预见的未来，一碗热腾腾的字母汤永远不会成为一本可理解的书[221]。要做到这一点，它需要有目的地应用能量——例如，以储存在巧克力中的太阳能的形式，为作者的大脑提供需要的能量，来写出有意义的文段。
熵的概念可以扩展到黑洞。事实上，黑洞是最终的平衡者和信息破坏者。根据爱因斯坦定律，如果一个人掉进黑洞，他身上所有的信息，他的全部历史、思想、外表和记忆都会被还原成一个数字，即他离开这个宇宙时有多重。因此，五袋沙子在黑洞中的印象会比美国总统更深刻。
黑洞的整个系统完全由其质量和角动量定义。在这方面，黑洞尽管是个怪物，但却是宇宙中最简单和最朴素的物体。蚯蚓的每个细胞和黑洞比都复杂得无法估量。
如果黑洞真的有霍金温度，那么可以证明其事件视界的面积是对其熵的测量。由于在爱因斯坦的理论中，黑洞只能变大，其熵也只能增加，而宇宙中的总信息、总复杂性必须减少。每失去一个人，甚至一条蚯蚓，宇宙总会失去一小段历史。在地球上，至少还有凡人的遗体，但随着黑洞的消失，损失将是完全的。
如果霍金是对的，那么黑洞最终会爆炸，这样它们的质量、大小和熵就会再次变小。那么宇宙中的总熵就不会减少，因为发射的辐射本身就带着它。对于一个在地狱黑洞中消失并被还原成一个点的人来说，这意味着他最终会被分解成最小的个体部分并辐射到宇宙的各个方向。他所有的想法都会以某种方式再次传出，但它们会被不可恢复地旋转，并不可听地混入宇宙的量子噪声中。随着空间不可阻挡地扩张，它们最终会在虚无中消失。
因此，一个被辐照过的黑洞会像一个被倾倒的五颜六色的积木盒——完全错乱了。但由于总熵不应该因湮灭而改变，这意味着黑洞也会事先被完全搞乱。事实上，如今宇宙中几乎所有的熵都在黑洞中[222]。
然而，许多理论物理学家不愿意接受这种信息的损失——他们谈到了黑洞的信息悖论，因为在量子物理学中，所有信息的保存是神圣的。这是确保量子系统以守法和可预测方式发展的唯一途径。因此，一个未受干扰的、未被测量的、未被看见的量子粒子在当下的状态正是由它之前的状态决定的[223]。量子物理学的方程是可逆的：人们可以向前和向后运行它们，并且总是到达相同的状态。然而，在量子物理学中，粒子的状态始终只是一种概率，其中一个属性被相对精确地测量——但另一个属性则仍然未被确定。根据海森堡的不确定性原理，一个粒子的所有属性都不可能被精确测量，而对一个粒子的每一次测量又会改变该粒子的状态。
把它想成是射箭。如果一个好的弓箭手紧紧抓住目标，你可以肯定她会击中目标。但你无法准确预测箭会卡在哪个环里——你只能以一定的概率做到这一点。只有当箭射入靶上，人们才知道这一次射击的确切分数。
量子粒子就像在空中飞行的箭。如果对它们进行测量，就像箭对目标的影响一样。如果你回头看，你也可以知道是哪个弓箭手射的箭。这个问题是可逆的——箭和弓箭手是相通的。因此，物理学能够——在一定的不确定性范围内——做出令人印象深刻的准确预测，并将原因和结果联系起来。
但如果黑洞破坏了量子信息，它们也切断了穿越时间的明确路径。箭的飞行将被有效打断。我们不知道它从哪里来，也不知道它要去哪里。它可以在任何时候击中任何地方——也许甚至是射手身后的观众。信息守恒教条中的一个裂缝使人对量子物理学的全能性和一般物理学的预测能力产生怀疑——那么，这不是一个不可忽视的问题。
一些理论家认为，也许所有的量子信息都储存在黑洞的中心，靠近奇点。但是，任何曾经消失在事件视界中的信息都必须留在那里，直到黑洞最终蒸发。但这没有什么意义，因为存储信息也需要空间和能量。最后，黑洞是如此之小，以至于它根本没有足够的空间来储存数十亿个太阳的信息。
其他物理学家建议，信息会被卡在事件视界或以下。也许，会不会当有东西通过事件视界时，事件视界像膜一样振动，储存了信息？或许黑洞就是储存在自己表面的信息？爱因斯坦会在坟墓中为这类猜想难受得翻身，因为根据他的等价原理，一个自由落体的粒子落入黑暗的坟墓，甚至不应该注意到它穿过了事件视界。只有当它遇到奇点时，才会意识到出了问题。在相对论中，事件视界上没有任何信息空间。
然而，大多数物理学家认为，黑洞以某种方式存储信息，并在爆炸时释放信息——它们的辐射甚至包含一个秘密代码，至少在理论上，可以从中读取它们的过去。霍金本人在最初的怀疑和打赌失败后也加入了这个学派[224]。另一方面，著名数学家和黑洞先驱罗杰·彭罗斯坚持认为，信息在黑洞中是真正地、明确地丢失了。毕竟，我们还不知道引力场对量子粒子到底有什么作用。
我对彭罗斯的立场持谨慎的支持态度。黑洞是宏观物体，它们并不局限于奇点——相反，黑洞所弯曲的时空内都属于黑洞。奇点内和奇点前的所有量子粒子共同构成了它。没有一个量子粒子是孤立的，不受其他粒子干扰的。信息是集体共有的[225]。这样的话，还能谈论个体关系和个体粒子中的信息吗？如果空间不是量子化的，那么用量子物理学的原理来研究它还有意义吗？量子理论是可逆的，但真正的宏观宇宙却不是。为什么黑洞要是可逆的？也许它们是宇宙中最大的随机生成者呢？
物理学正处于信息危机中，人们连篇累牍地讨论着它。谁是错的：相对论还是量子物理学？有许多强烈的意见，但我们不知道哪个方向是正确的。物理学中的危机总是产生新理论的机会。物理学家们已经寻找了四十多年，但到目前为止是徒劳的：我们仍然无法调和引力和量子物理学。发展量子引力理论是令人难以置信地复杂。大多数理论甚至难以让一个苹果掉到地上。
缺少的不是创造性的想法，而是灵光一闪，告诉我们这些想法中哪一个可能是正确的。该领域的领军人物之一，波茨坦量子引力研究者赫尔曼·尼古拉（Hermann Nicolai）曾告诉我：“我认为仅靠思考是无法取得进展的——我们需要实验。”我们需要一次爱丁顿式的量子引力远征！
因此，到目前为止，物理学的这场危机主要是理论上的。通过我们对黑洞的描绘，我们还不能确认或排除许多新的理论。相对论是我们目前了解它所需要的全部。如果一个新的理论使黑洞阴影的大小和形状有百分之几的差异，我们最终可能会真正看到它的效果。如果偏差只发生在量子物体的尺寸范围内，那么它们可能将永远隐藏在我们的眼睛之外。
通过黑洞的形象，两种理论不相容的问题现在变得比以前更真实和具体了。因为如果我们看向黑暗的阴影，我们就会看到事件视界的边缘，相对论和量子物理学在这里交锋。统一两个伟大理论的问题绝不是抽象的，而是相当现实的。我们现在已经给了它们一个战场。因此，黑洞图像的真正奥秘不在于其发光的火环，而在于其阴影。
[217]参见论文：Event Horizon Telescope Collaboration, et al., “First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole,” Astrophysical Journal Letters 875 (2019): L1, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019ApJ…875L…1E。
[218]欧洲核子研究中心目前正在进行实验，测试关于反物质与物质下落方式相同的假说。论文见：Michael Irving, “Does Antimatter Fall Upwards? New CERN Gravity Experiments Aim to Get to the Bottom of the Matter,” New Atlas, November 5, 2018, https://newatlas.com/cern-antimatter-gravity-experiments/57090。
[219]文章见：Dennis Overbye, “How to Peer Through a Wormhole,” New York Times, November 13, 2019, https://www.nytimes.com/2019/11/13/science/wormholes-physics-astronomy-cosmos.html。
[220] 一些基于信息的引力理论的例子可参见：Martijn Van Calmthout, “Tug of War Around Gravity,” Phys.org, August 12, 2019, https://phys.org/news/2019-08-war-gravity.html；及：Stephen Wolfram, “Finally We May Have a Path to the Fundamental Theory of Physics... and It’s Beautiful,” stephenwolfram.com (blog), https://writings.stephenwolfram.com/2020/04/finally-we-may-have-a-path-to-the-fundamental-theory-of-physics-and-its-beautiful；以及：Tom Campbell, et al., “On Testing the Simulation Theory,” International Journal of Quantum Foundations 3 (2017): 78–99, https://www.ijqf.org/archives/4105；以及：M. Keulemans, “Leven we eigenlijk in een hologram? Het zou zomaar kunnen,” de Volkskrant, March 10, 2017, https://www.volkskran.nl/wetenschap/leven-we-eigenlijk-in-een-hologram-het-zou-zomaar-kunnen~bb4boda3/。
[221]实际上，如果你在一大碗“字母汤”里搅拌无限长的时间，最终是有可能随机产生一本书的。但是，我们无从得知书将在何时产生，而且，这本书会立即消失——你必须正好在它产生的那一刻停止搅拌。写一本书比等待一本书突然出现要有效率得多。
[222]参见文章：Ethan Siegel, “Ask Ethan: What Was the Entropy of the Universe at the Big Bang?” Forbes, April 15, 2017, https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/04/15/ask-ethan-what-was-the-entropy-of-the-universe-at-the-big-bang。
[223]在量子物理学中，人们用“幺正性”（unitarity）一词来描述量子系统的信息保存程度，即其波函数的发展，而将测量一个粒子的过程描述为波函数的坍缩（collapse of the wave function）。在量子层面，粒子或其波函数的“状况”只决定了测量其某种属性时得到某一数值的概率。在每次测量量子粒子之前，人们只能精确地预测最可能的值，即多次测量的平均值。一旦测量到了某一个值，它就会保持不变，直到测到了其他的什么东西。因此，多次测量会改变粒子的属性。
[224]参见文章：“Schwarze Löcher erinnern sich an ihre Opfer,” Spiegel Online, March 9, 2004, https://www.speigel.de/wissenschaft/weltall/hawking-verliert-wette-schwarze-loecher-erinnern-sich-an-ihre-opfer-a-289599.html。
[225]即使在没有引力的孤立的量子系统中，信息也可能因热化而丢失，如果下述文章描述的计算结果是正确的：Maximilian Kiefer-Emmanouilidis, et al., “Evidence for Unbounded Growth of the Number Entropy in Many-Body Localized Phases,” Physical Review Letters 124 (2020): 243601, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.243601。
