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黑洞战争 是什么给这些方程带来了勃勃生机，让它们能够描述宇宙呢？
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——史蒂芬·霍金
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黑洞战争 [:1700930461]
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黑洞战争
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引言
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吾欲知神甚多，神予吾者太吝。
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——罗伯特·安森·海因莱因
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《异乡异客》
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在东非稀树草原的某个地方，一头年迈的狮子正在寻觅它的美餐，它很想捕捉年老体弱、行动迟缓的猎物，但眼前只有一头年轻而健康的羚羊，是它唯一可能的选择。羚羊的双眼非常适合巡视四周，它用谨慎的目光搜索着捕食者危险的活动区域。捕食者的目光正视前方，极适合于锁定它的猎物和测量距离。[1]
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羚羊这次的大角度扫描漏过了捕食者，它漫步到了被捕击的范围之内。狮子强有力的后缩，然后猛然冲向那惊慌的猎物。永恒的比赛重新开始了。
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尽管狮子已被年龄拖累，但这头大型的猫科动物依然是出色的短跑运动员。起初它们之间的距离开始接近，但是狮子强有力的快肌纤维渐渐变得缺氧。不久羚羊天生的耐力取胜了，在某一刻，狮子与它猎物之间的相对速度变化了；距离从起初变短，慢慢开始拉大。好运稍纵即逝，狮子殿下意识到失败了，它灰溜溜地回到灌木丛中。
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5万年前，一个疲倦的猎人发现了一个被大石块挡住的山洞口：如果他能移走这个沉重的阻碍物，那么这个洞口将是一个安全的休息场所。这个猎人直立着，这不同于他的猿人祖先。他站在那里用力地推石块，石块不动。为了找到一个更好的角度，他移动双腿，调节与石块的距离。当他的身体几乎处于水平时，所施的力在有效的方向上，有一个很大的分量，大石块被移动了。
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距离？速度？符号的改变？角度？分量？猎人未受教育的头脑中发生了令人难以置信的、复杂的计算，狮子的头脑中也同样如此。我们通常是在大学物理教科书上首次遇到这些专门概念的。狮子从哪里学会测量猎物的速度，以及更为重要的相对速度呢？猎人学习过物理课程中力的概念吗？他了解三角学中计算正弦和余弦的方法吗？
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当然，事实上所有复杂的生物物种都有着内在的、天生的物理概念，这是通过进化[2]灌输到它们的神经系统中的。如果没有这些预编的物理程序，它们就无法生存。变异和自然选择使我们甚至是动物都成了物理学家。对人类而言，大尺寸的大脑使得这些本能进化成我们意识层次上的概念。
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重新装备自己
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事实上，我们都是经典[3]物理学家。我们在很浅显的水平上感觉到力、速度和加速度。在《异乡异客》（1961）这部科幻小说中，罗伯特·海因莱因（Robert Heinlein）创造了一个专用词汇“干扰克”[4]来表达对现象深层次直觉，近乎本能的理解。我干扰克力、速度和加速度。我干扰克三维空间。我干扰克时间和数字5。一块石头和一支矛的轨迹是可以干扰克的。但对于我的悟性，标准的干扰克用到十维时空，或者数字101000时就失效了，当用到电子世界和海森伯不确定原理时将会更糟。
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20世纪初，大量的直觉观念失效；物理学在完全陌生的现象面前显得不知所措。当阿尔伯特·迈克耳孙（Albert Michelson）和爱德华·莫雷（Edward Morley）发现地球在假设的以太中的轨道运动不可观测时[5]，我的祖父已经10岁了；直到他二十几岁电子才被发现；当他30岁时，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发表了他的狭义相对论，海森伯（Heisenberg）发现不确定原理时他已经步入中年了。进化的压力不可能使我们对这些根本不同的世界产生本能的认识。但是，我们（至少我们当中的某些人）的神经网络事先为重新装备做好了准备，这使得我们不仅可以询问这些晦涩的现象，而且可以创造精确的抽象概念，即新的、非直觉的深刻概念来处理和解释它们。
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当速度快到几乎可以与转瞬即逝的光的速度相比拟时，速度就是大脑第一个需要重新装备的。在20世纪之前，没有任何动物的速度能超过每小时100英里（1英里约为1.6千米），甚至在今天，仅仅是出于科学的目的才涉及光速多快。光一点儿也不动：当发光体被接通时，光是瞬时出现的。早期的人类不需要硬接装备线来协调诸如光速这样的超高速度。
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瞬间产生速度是需要重新装备的。爱因斯坦决不是顿悟者；他在困惑中苦苦奋斗了10年来取代牛顿的装备。但对当时的物理学家而言，似乎在他们之中自发地出现了一个全新的人种，爱因斯坦不是用三维的空间，而是用四维的时空来审视世界。
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物理学家通常的看法是，爱因斯坦又奋斗了10年来统一狭义相对论和牛顿的引力理论。广义相对论产生了，它深刻地改变了关于几何的所有传统观念。时空变得有弹性、弯曲或扭曲，它对物质存在的反应就像一张应力作用下的橡皮膜。原先的时空是被动的，它的几何性质是固定的。在广义相对论中，时空成为积极的表演者：像行星和恒星那样的大质量的物体可以使它变形，但是没有大量必要的数学是无法具体化理解这些的。
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1900年，爱因斯坦登上舞台的5年前，伴随着光是由光子[6]或光量子组成的发现，产生了另一个怪诞的范例。光子理论仅仅是革命的一个导火索，智力体操比目前所见的任何事物都要抽象得多。量子力学不仅仅是自然界的一个新法则，它改变了任何心智正常的人用来推理的经典逻辑规则。这似乎很疯狂。但无论疯狂与否，物理学家可以用称之为量子逻辑的新逻辑来重新装备自己。在第4章中，我会解释所有需要了解的量子力学知识。准备好吧，任何人都会被它迷惑！
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相对论和量子力学创世伊始，就是一对勉为其难的伴侣。当它们被强迫结合在一起时，冲突发生了：物理学家所提出的任何问题，数学上都给出了令人烦恼的无穷大。经过了半个世纪才调和了量子力学和狭义相对论之间的矛盾，数学上的不一致性最终被消除了。到了20世纪50年代早期，理查德·费曼（Richard Feynman）、朱力安·施温格尔（Julian Schwinger）、朝永振一郎（Sin-Itiro Tomanaga）和弗里曼·戴森（Freeman Dyson）[7]为狭义相对论和量子力学的结合奠定了基础，量子场论诞生了。虽然尝试无数，但是广义相对论（狭义相对论和牛顿引力理论的结合）和量子力学之间依然是无法调和的。费曼、史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）、布赖斯·德威特（Bryce DeWitt）和约翰·惠勒（John Wheeler）都曾尝试量子化爱因斯坦的引力方程，但得到的尽是数学废话。这可能并不令人感到惊奇。量子力学是非常轻的物体的运动规律。相比较而言，引力只是对一些非常重的物体才显得重要。看来并不存在轻得足以使量子力学有效，重得足以使引力成为重要的物体，所以一切都是安全的。因此，在整个20世纪后半叶，许多物理学家认为对统一理论的追求是毫无价值的，只适合于怪人和哲学家。
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