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量子力学和广义相对论范文1
关键词：物理本体；物理实体；量子现象；主观；客观
基金项目：国家社会科学基金项目“量子概率的哲学研究”（16BZX022）
中图分类号：N03 文献标识码：A 文章编号：1003-854X（2017）06-0054-06
一、引言
时间和空间是人类所有经验的背景。除去存在的事物，时间、空间什么也不是，不存在只有一件事物的时间、空间，时空是事物之间相互关系的一个方面。
人类通过感性经验认知的时空，称作经验时空；以科学原理和科学方法指导认知的时空是科学时空；牛顿时空、狭义相对论时空、广义相对论时空、量子力学时空，是经验时空的科学提升和科学发展，称作物理时空①。物理时空是科学时空。描述现象实体的时空是现象时空，经验时空、物理时空、科学时空均是现象时空。而未经观察的“自在实体（物理本体）”所在时空，称为“本体时空”。“本体时空”是复数的②，因此，人类实质生活在复数时空中 。作为自然人，观察者存在于“本体时空”，实时空是人类对时空认识的简化③。
主体、客体、观察信号是人类认知自然的三大基本要素④。一般“现象对观察者的主观依赖性”有其客观原因，体现观察信号的自然属性对观察者在认知中的影响。当把现象对观察者的主观依赖性转化为时空的属性后，就可以达到客观描述物质世界⑤。所谓客观描述就是理论计算与经验及科学实验结果相符。
考虑观察信号的客观作用并纳入时空理论的科学建构之中，客观描述物理现象，是物理学家的重要工作。一般，哲学认知中没有明晰“观察信号中介作用”的客观地位，不管“机械反映论”，还是“能动反映论”，都自动将其融入“反映论”理论体系，尤其是前者，往往容易导致主观唯心主义的滋生。
狭义相对论用光对时，考虑了光对建立时空的贡献；牛顿时空是对时信号速度c趋于无穷大的极限情态；考虑引力场对建立时空的影响，引力时空是弯曲的，狭义相对论的平直时空是它的局域特例。从牛顿力学到狭义相对论再到广义相对论，时空发生了变化，但主体与描述对象的关系没有变，主体对客体的描述是客观的。那么是否主体对认知对象完全没有主观影响？如果有，它如何产生，又如何消解，实现客观描述物质世界？经典力学中，人类的处理方法是通过揭示“现象对观察者的主观依赖性”及其产生机理，在不同认知领域区分描述中可以忽略的和不可忽略的，能忽略的舍弃，不能忽略的转化成时空的属性，实现客观描述；而从牛顿力学（或相对论力学）到量子力学，时空没有变化，描述对象具有波粒二象性，“量子现象的主观依赖性”更为突出。如何消解“量子现象对观察者的主观依赖性”，实现量子现象的客观描述，一直是量子力学基础讨论的热点。量子力学必须有自己的客观描述量子现象的时空⑥。
量子力学时空是闵氏时空的复数拓展和推广⑦，由此可以实现客观描述量子世界。它与相对论时空有交集，也有异域。有因必有果，反之亦然，时间与因果关系等价⑧。量子力学中的非定域性，与能量、动量量子化及量子态的突变性相关联。突变无须时间，导致因果链断裂，与因果关联的相互作用也被删除，由此引进了类空间隔。平行并存量子态的出现，是不遵从因果律的量子力学新表现；当能量、动量和相互作用变得连续，宏观时序得到恢复时，回到相对论时空，量子测量中“量子态和时空的坍缩”⑨ 是不同物理时空的转换，希尔伯特空间只是它们的共同数学应用空间⑩。
时空不是绝对的，相对时空有更广阔的含义，人类需要扩大对时空概念的认知，不同的认知层次有不同的时空对应，复数时空更为本质。人们不应该将所有领域的物理实体归于某一时空描述，或者用一种时空的性质去否定另一种时空的存在。还是爱因斯坦说得好：是理论告诉我们能够观察到什么。当然，新的实验事实又将告诉人们，理论及其对应的时空应该如何修改和发展。理论不同时空不同，时空具有建构特征。
二、时空的哲学认知与物理学描述
时空是哲学的基本概念，也是物理学的基本概念。哲学认为，时间和空间是物质的存在形式，既不存在没有时空的物质，也不存在没有物质的时空。笛卡尔指出，空间是事物的广延性，时间是事物的持续性；康德认为，时空是感性材料的先天直观形式；牛顿提出时间和空间是彼此分离，绝对不变的，强调数学的时间自我均匀流逝；莱布尼茨说，空间是现象的共存序列，时间与运动相联系；黑格尔认为，事物运动的本质是空间和时间的直接统一。休谟认为，时、空上的接近和先后关系与因果性直接相关。中国的“宇”和“宙”就是空间和时间概念，它是把三维空间和一维时间概念同宇宙密切联系在一起的最早应用{11}。
哲学具有启示作用，但时空概念如果不与人的社会实践、科学实验、科学理论及其数学物理方法相联系，就只能停留在形而上，无法上升为科学理论概念。
物理学中，空间从测量和描述物体及其运动的位置、形状、方向中抽象出来；时间则从描述物体运动的持续性、周期性，以及事件发生的顺序、因果性中抽象出来；空间和时间的性质，主要从物体运动及其相互作用的各种关系和度量中表现出来。描述物体的运动，先选定参照物，并在参照物上建立一个坐标系，一般参照物被抽象成点，它就是坐标系的原点；假定被描述物体的形体结构对讨论的问题（或对参照物的时空）没有影响，将物体抽象成质点，讨论质点在坐标系中的运动及其相关规律，这就是物理学。由此，“时空是物质的存在形式”的哲学认知也就转化为人类可操作的具体物理理论描述。
可见，时空的认知与人类的社会实践、科学实验、科学进步直接相关，离不开物理和数学方法的应用。笛卡尔平直空间、闵可夫斯基空间、黎曼空间都已作为物理学所依托的几何学，在牛顿力学、狭义相对论、广义相对论中得到了充分应用。由此，几何学被赋予了物理意义。从牛顿力学到狭义相对论再到广义相对论，时空发生了变化，但描述对象与观察者之间的关系没有变，描述是客观的，并且描述对象都可抽象成经典的粒子，采用质点模型。量子力学不同，从牛顿力学（相对论力学）到量子力学，描述量子现象的时空没有变化{12}，物理模型没有变，但量子现象对观察者有明显的主观依赖性，难以客观描述微观量子现象。深入分析，解决的办法有两种，一是更换物理模型的同时也改变物理时空，消除“量子现象对观察者的主观依赖性”，实现客观描述微观量子客体；二是改变时空的同时，保留“量子现象对观察者的主观依赖性”，将本体、认识、时空融为一体，主观纳入客观，模糊主客关系。双4维时空量子力学基础采用了第一种方法。通过场物质球模型，把点模型隐藏的空间自由度释放出来；在改变物理模型的同时，也改变了描述时空；将不是点的微观客体自身的空间分布特性，转化为描述空间的属性，客观描述量子客体。我们认为，第二种方法将主观认识不加区分地“融入时空”，有损客观性、科W性，量子力学时空必须是描述客观世界的时空。物理时空需要建构。
三、牛顿绝对时空中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”
众所周知，物理学对物体运动状态的描述，理应包含参照物和被描述物体自身的时空特征，而参照物和物体自身的时空特征，必须通过观察发现。观察需要观测信号，物体运动状态及其时空特征必然带有观测信号的烙印{13}。
“物理本体”不可直接观察，我们观察到的是“物理实体”{14}。参照物与研究对象都有自己对应的物理时空，牛顿力学时空应该是两者的综合，而不应该只是参照物的时空。但是，牛顿力学中光速无穷大，在讨论物体运动时，又假设研究对象的时空结构对讨论的问题没有影响，忽略不计，于是，研究对象抽象成了质点，整个理论体系就只有与参照物联系的时空了。
任何具体物体都不会是质点。当用信号去观察它时，物体自身的时空特征与物体的运动状态与观察信号的性质、强弱和传播速度相关。质点模型忽略物体自身的几何形象及其变化，忽略运动及观察信号对物体自身时空特征的影响，参照物也不例外。在从参照物到坐标系的抽象中，抽掉运动及观察信号对参照物时空特性的影响，就是抽掉物体运动及观察信号对坐标系时空特性的影响，就是抽掉人的参与对时空认知的影响{15}。牛顿力学时空与物体运动及观察者无关，绝对不变，基于绝对不动的以太之上。所以，牛顿可以把时间和空间从物质运动中分离出来，时间和空间也彼此分割，空间绝对不变，数学的、永远流逝的时间绝对不变{16}。哲学的时空演变成了可操作的物理时空。这是宏观低速运动对时空的简化与抽象，理论与宏观经验及计算相符。
相互作用实在论认为，现实世界是人参与的世界，对一个研究对象的观察，离不开主体、客体、观察信号三个基本要素。参照物和观察对象的运动和变化及其时空属性，与观察信号的性质相关。牛顿力学中，不是没有现象对观察主体的依赖性，而是在理论的建立中认为影响很小，可以忽略不计。牛顿力学是“物理本体=物理实体”的力学{17}。这与宏观经验和科学实验相符，在宏观低速运动层次实现了主客二分，理论被看作是对客观实在的描述。牛顿力学中，物质告诉时空如何搭建描述背景，时空告诉物质如何在背景中运动。二者构成背景相关。
牛顿时空是均匀平直时空，相对匀速运动坐标系间的变换是伽利略变换。物理定律在伽利略换下具有协变性，相对性原理成立。
四、狭义相对论中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”
狭义相对论建立之前，洛伦兹就认为高速运动中物体长度在运动方向发生收缩{18}。这是他站在牛顿时空立场，承认以太及绝对坐标系的存在对洛伦兹变换所作的解释。描述时空没有变，“现象对观察者出现了主观依赖性”。自然现象失去了客观性，这是一次认识危机，属19世纪末20世纪初两朵乌云之一。
狭义相对论不同，它考虑宏观高速运动中观察信号对物体时空特征的影响。爱因斯坦在“火车对时”实验中，他用“光”作为观察、记录、认知物体时空特征的信号{19}；通过参照物到坐标系的抽象，论证静、动坐标系K与K′“同时性”不同，静、动坐标系运动方向时空测量单位发生了变化；将洛伦兹所称“运动物体自身运动方向上的长度收缩”演变成坐标系时空框架的属性，还原质点模型，建立相对论力学。实现了观察者对观察对象的客观描述。
狭义相对论中质点的动量、能量、位置和时间都有确定值，质点的运动具有确定的轨迹，这一点与牛顿力学相同。
狭义相对论时空的另一重要物理意义是揭示了“物理本体”的客观实在性。
牛顿力学缺少相对论不可直接观察的静能（m0c2，m0c）对应物，物理本体=物理实体，哲学上的抽象时空直接过渡到牛顿物理时空。
狭义相对论不一样，每一个物体都有一个不可直接观察的静能（m0c2，m0c）对应物，它在任何静止参考系中都是不变量，是物理实体背后的物理本体，物理本体不变，变的是mc2、mc对应的物理实体。“物理本体”既不是形而上的（物自体），也不是形而下的（物体），是形而中的（静能对应物）。它可以认知、可以理论建构，但又不可直接观察。相对于牛顿，爱因斯坦相对论揭示了“物理本体”的真实存在性。“客观物质世界”不是思维的产物。
狭义相对论中，物质告诉时空在运动方向如何修正测量单位，时空告诉物质如何长度收缩、时间减缓。时空具有相对性。
狭义相对论时空虽然也是均匀平直时空，但由于有上述“相对时空”的出现，时空度规与欧氏时空度规有明显区别，所以称为赝欧氏时空。
但狭义相对论仍然是只考虑光及光速的有限性对建立时空的影响，没有考虑引力作用对建立时空的影响。如果考虑引力对时空的影响又如何呢？
五、广义相对论中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”
广义相对论中有水星近日点进动问题和光走曲线的讨论。站在牛顿平直时空的立场，观察结果与理论计算不符。这不是仪器的精度不够，也不是操作失误，而是理论本身的问题。因为，牛顿力学也好，狭义相对论也好，讨论引力问题，引力场对参照物和研究对象时空属性的影响都没有计入其中，而留在观察者对“现象”的观察、判断之中，出现宇观大尺度“现象对观察者的主观依赖性”。如果考虑引力场使时空发生弯曲，利用弯曲时空计算水星近日点进动和光走曲线现象，“现象对观察者的主观依赖性”就变成时空的属性。“现象对观察者的主观依赖性”就得到了“消解”，观察现象与理论结果就取得了一致。这里，物质使时空弯曲，时空告诉物质如何在弯曲时空中运动。广义相对论实现了观察者对观察对象的客观描述。
广义相对论时空是弯曲的，时空度规是变化的。
六、量子力学中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”
微观客体具有波粒二象性，同一个电子，通过双缝表现为波，而打在屏幕上又表现为粒子，电子集波和粒子于一身，“量子现象对观察者的主观依赖性”更为突出。经典力学中波动性和粒子性不能集物体于一身，量子力学与经典力学表现出深刻的矛盾。矛盾的产生，可能是描述微观现象的时空出了问题。量子力学的研究领域是微观世界，研究对象是微观客体，不是经典的粒子，用以观察的信号也不是连续的光，而是量子化了的光，通过光信号建立的时空应该与牛顿、相对论时空有所区别。而量子力学使用的还是牛顿时空、狭义相对论时空，时空没有变，物理模型没有变，而研究领域、观察信号和研究“对象”变了。量子力学必须有自己对应的时空，将“量子现象对观察者的主观依赖性”，转化为描述时空的属性，实现客观描述量子现象！ 双4维时空量子力学就是为实现这一目标应运而生的。
现有量子力学“量子现象对观察者的主观依赖性”之所以难以消解，与量子力学中的点模型相关。许多量子现象与点模型隐藏的空间自由度有直接联系，但点模型忽略了这些自由度对产生微观量子现象的作用和影响。我们必须将隐藏的空g自由度还原于时空，才可能正确地认识、客观描述量子现象。
可以公认，微观客体不是点{20}，是一个有形客体，有一定的空间分布，不存在确定于某点的空间位置，这是客观事实。理论上，牛顿时空几何点位置是确定的，量子力学使用的是质点模型，0 维，位置也是确定的，牛顿时空可以精确描述质点的运动。那么微观客体空间分布的不确定性如何处理？人们只好转而认为点粒子在其“空间分布”区域位置具有概率属性。微观客体自身空间分布的客观实在性在量子世界转化成了一种主观认知，赋予了微观客体“内禀”的概率属性，其运动产生概率分布，或称其为概率波。
这是一个认识上的困惑，似乎量子力学描述失去了客观实在性。这也是量子力学当今的困境。解决困难的方法是：（一）更换点模型，释放点模型隐藏的自由度，展示“这些自由度对产生微观现象的贡献”；（二）建立适合量子力学自身的时空，将释放的自由度植入其中，让“量子现象对观察者的主观依赖性”变成量子力学时空自身的属性。
双4维时空量子力学的办法是：（一）用“转动场物质球”模型取代“质点”模型，释放点模型隐藏的空间自由度；（二）将4维实时空M4（x）拓展到双4维复时空W（x，k），且将“释放的空间自由度――曲率k”作为双4维复时空的虚部坐标；（三）4维曲率坐标将量子力学赋予微观客体自身的概率属性变成量子力学复时空的几何属性，场物质球自身的旋转与运动产生物质波――物理波。
“场物质球”与“物质波”（类似对偶性假设）既是同一物理实在的两种不同描述方式，更是微观客体粒子性和波动性的统一，曲率的大小表示粒子性，曲率的变化表示波动性。场物质球的物质密度是曲率k的函数，因此，物质波既是场物质球的结构波又是场物质密度波。物质波不是传播能量，而是传播场物质球的结构或物质密度变化，可映射成实时空M4（x）的概率分布{21}，与实验结果相一致。
这样，点模型中“量子现象对观察者的主观依赖性”通过“释放的自由度”转变为时空W（x，k）的属性，物质波传播其中，量子现象是物质波所为。
研究表明，是量子测量引入的连续作用，使双4维时空W（x，k）全域转换到实时空M4（x），波动形态转变成粒子形态（“相变”），球模型转换成点模型，概率属性内在其中，物质波自动映射成概率波，数学处理类似表象变换{22}。
简言之，传统量子力学，微观客体简化成质点，描述时空不变，人的主观意识介入其中，将其空间分布特性――位置不确定性，变成点粒子的概率属性，实现描述对象从客观到主观认知的转变，具有位置不确定性的点粒子，其运动产生概率波；双4维时空量子力学，微观客体简化成场物质球，“空间分布具体化为几何曲率”，空间分布特性变成曲率坐标，仍然是从客观到客观，描述时空变成了复时空，曲率坐标在其虚部，场物质球的运动产生物质波――物理波。通过量子测量，物质波映射成概率波，球模型演变成点模型，显示概率属性，时空内在自动转换，量子现象对观察者的主观依赖性消解在建构的时空理论中。具体论证方法是：
将静态场物质球写成自旋波动形式：Ψ0=е■，描述在复空间。ω0是常数，它的变化只与自身坐标系时间t0相关，全空间分布（物理本体所在空间）。设建在“静态”场物质球上的坐标系为K0，观察微观客体从静止开始作蛩僭硕，由洛伦兹变换：
微观客体的运动速度不同，平面波相位不同。复相空间kμxμ即为物质波所在时空。物质波是物理波。
自由微观客体的速度就是建在其上惯性坐标系的速度，惯性系间的坐标变换，隐藏速度突变――“超光速”概念，因为，连续变化会引进引力场破坏线性空间。不同惯性系中平面波之间，相位不同，类似量子力学中的不同本征态。这是相对论中的情形{24}。
但是，量子力学建立其理论体系时，把上述不同惯性系中的平面波（不同本征态，每一本征态则对应一惯性系），通过本征态突变跃迁假设（量子分割），切断因果联系，形成同一时空中“同时”并存的本征态的叠加。态的跃迁不需要时间，“超光速”（非定域），将类空间隔引入量子力学时空，破坏了原有的因果关系。叠加量子态的存在，是“违背”因果律在量子力学中的新表现。
量子力学时空显然不是牛顿、狭义相对论时空，但量子力学却误认为量子跃迁引起的时空性质的变化是牛顿、狭义相对论时空中的特征，这当然会带来不可调和的认知矛盾。
同一微观客体，不同本征态“同时”并存的物理状态，从整体看，是洛伦兹协变性在量子力学中的新表现。突变区“超光速”，是类空空间，“不遵从”因果律；释放光子的运动在类光空间；而本征态自身在类时空间，微观客体运动速度不能超过光速，需保持因果律，物质波讨论的就是这一部分，就像相对论讨论类时空间物理一样。量子纠缠态将涉及到上述三种不同性质物理空间量子态的转换，有完全合理的物理机制，不需要思维的特殊作用。不过，相对论长度收缩效应，将以物质波波长在运动方向上的收缩来体现。有了双4维时空量子力学，量子力学与相对论就是相容的，光锥图分析一样适用。
相对论与量子力学的不同，关键在于认知层次发生了变化，光由连续场演变成了量子场。而我们用来观察世界的光信号直接与时空相关，光的物理性质的变化，必然带来物理空间性质的变化，带来物理模型的变化，带来量子力学时空W（x，k）与相对论时空M4（x）之间的区别，带来对物质波――物理波的全新认知。我们预言，物质波有通讯应用价值{25}，但与量子力学非定域性无关。
《双4维复时空量子力学基础――量子概率的时空起源》的理论实践表明，我们的工作是可取的{26}。结论是，量子力学中，物质告诉时空如何具有概率属性，时空告诉物质如何作概率运动。量子现象对观察者的主观依赖性消解在对应的时空理论之中，实现了观察者对量子现象的客观描述。
双4维时空是描述量子现象的物理时空，时空度规，无论实数部分，还是虚数部分，都是平直的{27}。
近年来，由于量子通讯技术的飞速发展，量子纠缠的物理基础引起了人们的特别关注，波函数的物理本质，量子力学的非定域性讨论十分热烈。“量子现象对观察者的主观依赖性”更是讨论的核心。人们甚至被量子现象的奇异性迷惑了，特别是，有科学家甚至认为：“客观世界很有可能并不存在”。世界是人臆造出来的？科学实在论者当然不能赞成！更加深入的探讨，我们将另文讨论。
按照曹天予的评论，《双4维复时空量子力学基础――量子概率的时空起源》值得关注{28}。双4维复时空与弦论、圈论比较，最大优点是将时空拓展、推广到了复数空间，数学没有那么复杂，而物理学基础却更加坚实、清晰。
七、结论与讨论
1.“现象对观察者的主观依赖性”普遍存在于人与自然的关系之中，融入时空的只能是物理实体对时空有影响的部分，时空具有建构特征。
2. 物质运动与时空的关系：牛顿力学中，物质告诉时空如何搭建运动背景，时空告诉物质如何在背景上运动；狭义相对论中，物质告诉时空如何修正测量单位，时空告诉物质如何在运动方向长度收缩、时间减缓；广义相对论中，物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何在弯曲时空中运动；量子力学中，物质告诉时空如何具有概率属性，时空告诉物质如何作概率运动。
3. 量子力学时空是平直的，其方程是线性的，而广义相对论时空是弯曲的，其方程是非线性的{29}。量子力学与广义相对论的统一，不能机械地凑合，它们的统一，必须从改变时空的性质做起，建立相应的运动方程，并搭起非线性空间与线性空间的相互联络通道。
注释：
① 赵国求：《双4维时空量子力学基础》，湖北科学技术出版社2016年版，第5页；Cao Tian Yu， From Current Algebra to Quantum Chromodynamics： A Case for Structural Realism， Cambridge： Cambridge University Press， 2010， pp.202-241.
② Rocher Edouard， Noumenon： Elementaryentity of a Newmechanics， J. Math. Phys.， 1972， 13（12）， pp.1919-1925.
③④⑥⑦⑩{13}{15}{17}{21}{22}{24}{25}{27} w国求：《双4维时空量子力学基础》，湖北科学技术出版社2016年版，第5、105、9、147、179、94、133―136、106、151、151、159、152、149页。
⑤ 主观与客观：“客观”，观察者外在于被观察事物；“主观”，观察者参与到被观察事物当中。 辩证唯物主义认为主观和客观是对立的统一，客观不依赖于主观而独立存在，主观能动地反映客观。
⑧ L・斯莫林：《通向量子引力的三条途径》，李新洲等译，上海科学技术出版社2003年版，第29―33页。
⑨ 张永德：《量子菜根谭》，清华大学出版社2012年版，第29页；赵国求：《双4维时空量子力学基础》，湖北科学技术出版社2016年版，第178页。
{11} 冯契：《哲学大辞典》，上海辞书出版社2001年版，第1579―1582页。
{12} 参见L・斯莫林：《物理学的困惑》，李泳译，湖南科学技术出版社2008年版。
{14} 相互作用实在论中的基本概念：（1）物质：外在世界的本原。（2）基本相互作用：遍指自然力，有引力，电磁、强、弱等力。（3）自在实体：指未经观察的“自然客体”（相互作用实在论中，自在实体作为物理研究对象时称物理本体）。（4）现象实体：经过观察，系统的、稳定的、深刻反映事物本质的理性认知物。现象则表现自在实体非本质的一面。（相互作用实在论中，现象实体作为物理研究对象时称物理实体）。（5）观测信号：人类认知世界使用的探测信号。
{16} 参见伊・牛顿：《自然哲学之数学原理宇宙体系》，武汉出版社1996年版。
{18} 参见倪光炯等：《近代物理学》，上海科学技术出版社1980年版。
{19} 参见A・爱因斯坦：《相对论的意义》，科学出版社1979年版；爱因斯坦等：《物理学的进化》，周肇威译，上海科学技术出版社1964年版。
{20} 坂田昌一：《坂田昌一科学哲学论文集》，安度译，知识出版社2001年版，第140页。
{23} 参见Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；赵国求：《双4维时空量子力学基础》，湖北科学技术出版社2016年版，第149页。
{26} 参见Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；赵国求：《双4维时空量子力学描述》，
《现代物理》2013年第5期；赵国求、李康、吴国林：《量子力学曲率诠释论纲》，《武汉理工大学学报》（社会科学版）2013年第1期。
{28} 曹天予：《当代科学哲学中的库恩挑战》，《中国社会科学报》2016年5月31日。
量子力学和广义相对论范文2
与别的天体相比，黑洞十分特殊。它的质量极其巨大，而体积却十分微小。它可以产生巨大的引力，任何物质一旦进入到它的引力临界点（即黑洞的边界，也叫黑洞视界），便再无法逃脱，就连传播速度最快的光也逃逸不出。因此，人们无法直接观察到黑洞，科学家也只能对其内部结构提出各种理论猜想。
科学家们认为，黑洞把自己隐藏起来的“武器”是时空弯曲。根据广义相对论，时空会在引力场作用下发生弯曲。这时候，光虽然仍然沿着任意两点间的最短光程传播，但相对而言，它已经弯曲。在经过大密度的天体时，时空会弯曲，光也就偏离了原来的方向。由于黑洞的存在，被它挡着的恒星发出的光，有一部分会落入黑洞中而消失，但另一部分光线则会通过弯曲的时空，绕过黑洞而到达地球。
1974年，霍金考查了黑洞附近的量子效应，发现黑洞会像天体一样发出辐射，该辐射被命名为“霍金辐射”。“霍金辐射”的温度和自己的质量成反比——这样，黑洞就会因为辐射而慢慢变小，而温度却越变越高，最后以爆炸告终。
1976年，他提出了著名的“黑洞信息悖论”，即黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息，一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后，黑洞内部的信息也就不知去向。
量子物理学的发展，让黑洞的存在变得“可疑”。现代量子物理学认定物质信息是永远不会完全消失的，这就与霍金提出的黑洞理论存在相悖之处。其实，霍金也一直在思考黑洞是否存在。他在《时间简史》中曾写到，他曾担心黑洞可能只是理论上的概念，而现实中根本不存在。2004年，霍金了自己的论述：在他提交于“第17届国际广义相对论和万有引力大会”的论文中，他坦诚“黑洞信息悖论”是错误的，黑洞同样遵守宇宙普遍规律，是信息守恒的。此外，霍金还证明了黑洞的面积定理，即随着时间的增加，黑洞的面积不减。
量子力学和广义相对论范文3
以下，便是由世界各国科学家们鼎力推荐的魅力方程。
（本篇文字仅供同学们了解，以开阔眼界，你若对某个方程感兴趣，就必须通过努力学习为将来深入研究打基础。）
一、广义相对论
该方程由20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦于1915年提出，是开创性理论——广义相对论的组成部分。它颠覆了科学家们此前对于引力的定义，将其描述为时空扭曲的结果。
二、标准模型
标准模型描述了那些被认为组成了当前宇宙的基本粒子。它还能够被压缩为以18世纪法国著名数学和天文学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日命名的简化形式。
不过，尽管标准方程可与量子力学、狭义相对论彼此兼容，但是却难与广义相对论建立统一关系，因此它在描述重力上无能为力。
三、微积分基本定理
如果说广义相对论与标准方程描述的是宇宙的某些特殊方面，那么其他一些方程则适用于所有情况，比如微积分基本定理方程。
该方程堪称微积分学的肱骨理论，并且把积分与导数这两个微积分学中最为重要的概念联系在一起。
四、勾股定理（也称毕达哥拉斯定理）
该定理可谓老而弥香的骨灰级理论，几乎是每个学生开始学习生涯后学到的第一批几何知识。 这条定理的具体内容你还记得吗？跟我一起复述：任何直角三角形的两个直角边长度的平方相加，其和等于剩下那条斜边长度的平方。
五、欧拉方程
这个看起来非常简单的方程，实质上描述了球体的本质。用马萨诸塞州威廉姆斯学院的数学家科林·亚当斯的话说：“如果你能够将一个球体分割成为面、边和点，那么这些面、边和点之间的关系，必定符合V-E+F=2。”
六、狭义相对论
爱因斯坦的狭义相对论并没有把时间和空间看成绝对、静止的概念，它们呈现的状态与观察者的速度有关。这个方程描述了随着观察者向某一方向移动的速度加快，时间是如何膨胀，或者说开始变慢的。
七、1=0.999999999…
从形式上看，这是一个很简单的等式。1等于0.99999…这个无穷数，每个人都能理解，但同时又会有人觉得有些不甘心。
八、卡伦·西曼吉克方程
卡伦·西曼吉克方程可以说是上世纪70年代以来最为重要的方程之一。它告诉我们，在量子世界里，需要全新的思维和眼光。多年来，该方程在诸多方面都得到了有效应用，包括帮助物理学家们测量质子和中子的质量。
九、极小曲面方程
这个方程在某种程度上解释了人们吹出的那些肥皂泡的秘密。该方程是非线性的，蕴涵了指数、微积分等知识，描述了美丽肥皂泡性质背后的数学。
量子力学和广义相对论范文4
“想象一下，假如有一天你醒来，发现自己生活在计算机游戏里。”加拿大英属哥伦比亚大学物理学家马克・范拉姆斯东克说。这听起来像是科幻电影的情节，但这正是他对现实的一种理解方式。如果这是真的，那“我们周围的一切――整个三维的物理世界――就是一场幻觉，由来自某个地方的二维芯片上的编码信息所产生的幻觉”。这构成了我们的三维空间宇宙，一种从低维底片上发出的全息投影。
即使拿通常的理论物理学标准来衡量，这种“全息理论”也相当奇怪，但范拉莫斯东克是少数前卫的研究人员之一，他们认为通常的理论尚不够奇怪。无论是现代物理学的两大支柱――广义相对论和量子力学（广义相对论把万有引力作为一种时空弯曲，而量子力学是原子领域的统治法则），还是描述基本一维能量线的弦理论，都没有对时空本身的存在给出任何解释。如果没有其他的，这种“全息理论”也不失为一种解释。
范拉姆斯东克和他的同事们认为，物理学如不能解释时空是如何以及从哪里产生的，它的任务就不算完成。时空可能从某种更基本的东西产生，这种东西尚未命名，至少需要构造一个像“全息”那样大胆的概念。他们认为，这种从根本上对现实的重新定义，是解释黑洞核心那个无限致密的“奇点”怎样扭曲了时空构造的唯一方式，这超越了所有的认知。或者说，研究人员怎样才能把原子尺度的量子理论和行星尺度的广义相对论统一起来，有一个东西长期阻碍了理论学家的构建工作。
“所有的经验都告诉我们，我们对现实不该有两种显著不同的构想，它必然是一个庞大的包含所有的理论。”美国宾夕法尼亚大学物理学家阿贝・阿什特卡说。
找到一个庞大的理论是一项艰巨挑战。为此，《自然》杂志探索了现代几种较有前途的前进路线――一些新兴的观点以及对它们的检验。
热力学万有引力
人们可能会问的一个最明显的问题是，这种努力是否徒劳？是否真的有某种东西比时空更基本？证据何在？一个令人兴奋的线索来自上世纪70年代早期取得的一系列不寻常的发现。当时，量子力学和万有引力与热动力学开始紧密结合在一起，这一趋势日益明显。
1974年，英国剑桥大学的斯蒂芬・霍金证明，黑洞周围空间存在着量子效应，这使得黑洞向外发出辐射，就好像它很热一样。其他物理学家也很快得出结论，这种现象在宇宙中其实相当普遍。即使在真空里，正在加速的宇航员会感到他自己像是被包围在热水浴中。虽然对目前火箭可达到的加速而言，这种效应太微弱了而无法被觉察到，但这或许是个基本原理。如果量子理论和广义相对论是正确的――这二者都已被众多实验所证实――那霍金辐射的存在似乎是理所当然。
第二个重要发现也与此密切相关。根据标准热力学理论，一个物体要辐射出热量必须降低熵值，这也是检测其内部量子状态的一种数量方法。所以黑洞也是如此：甚至早在霍金1974年发表其论文之前，现在以色列耶路撒冷希伯来大学任职的雅各布・贝肯斯坦就曾证明了黑洞拥有熵值。但二者之间还是有差异的。对于大部分物体来说，它们的熵与物体所含原子数目成比例，也就是和体积成比例；但黑洞的熵却与其事件视界的表面积成比例。事件视界是光无法逃逸的界限，这就好像黑洞的表面是其内部信息的某种编码，正像以二维全息编码的形式来表现三维图像那样。
1995年，美国马里兰大学物理学家泰德・雅各布森将二者的发现结合起来提出一种假设：空间中的每个点上都有一个微小的“黑洞视界”，并服从熵与面积关系。结果他发现，这样在数学上就变成了爱因斯坦的广义相对论方程――只用了热力学概念，而没有用时空弯曲理论。
“这好像涉及某种深入万有引力起源的东西。”雅各布森说。尤其是，热力学定律的本质是一种统计表现，即大量原子和分子运动在宏观上的平均，所以该计算结果也意味着，万有引力也是统计上的表现，是对时空的某种看不见的成分的一种宏观近似。
2010年，荷兰阿姆斯特丹大学的弦理论学家埃里克・韦林德证明了时空成分的统计热力学――无论它们最终是什么，都会自动产生牛顿的万有引力定律。
而在另一项独立研究中，印度浦那校际中心天文与天体物理学中心的宇宙学家萨努・帕德曼纳班指出，爱因斯坦方程可以改写成另一种等同于热力学定律的形式――就像万有引力的许多其他替换理论一样。帕德曼纳班最近正在扩展热力学方法，试图以此解释暗能量的起源及其在宇宙中的量级。暗能量是推动宇宙加速膨胀的一种神秘力量。
要想用实验来验证这些想法是非常困难的。就好像水看起来是光滑完美的流体，但如果用显微镜深入观察到能看见水分子的程度，也就是不到1纳米，情况就会完全不同。据此人们估计，时空虽然看起来是连续的，但如果小到普朗克级别，大致是10的负35次方米，比一个质子还小约20个数量级，情况也可能完全不同。
但这并非不可能。人们经常提到一种方法可以检验时空的结构是否为离散的，就是寻找高能光子延迟。在遥远的宇宙角落，由某个宇宙事件（比如超新星爆发）抛射出大量γ射线，这些高能光子到达地球可能会产生时间上的延迟。事实上，这些波长最短的光子能感觉到它们所穿越的太空旅途是由某种微小的、崎岖不平的成分构成，正是这种崎岖不平略微延缓了它们的行程。
2013年4月，意大利罗马大学量子-引力研究员乔瓦尼・阿麦利诺-卡梅利亚和同事在一次γ射线爆发记录中，发现了这种光子延迟的线索。阿麦利诺-卡梅利亚说，这些结果还不是最后定论，他们打算进一步扩展研究，观察宇宙事件中产生的高能中微子的旅行时间。他说，如果这些理论无法被检验，“那么对于我来说，它们就不是科学，而是，我对此并无兴趣。”
其他物理学家也在寻求实验的证明。比如在2012年，奥地利维也纳大学和英国伦敦帝国学院的科学家提出了一项“桌面实验”，实验中用到一种能在激光驱动下来回运动的显微镜。他们认为，当光从镜面反射时，普朗克尺度的时空间隔会产生能探测得到的变化。
圈量子引力
即使这种理论是正确的，从热力学的角度来看，时空的基本构成也可能什么都不是。姑且这么说，如果时空由某种东西编织而成的，那织造它的“线”又是什么？
目前一个还算实际的答案就是圈量子引力（loop quantum gravity）理论。该理论是上世纪80年代中期由阿什特卡等人发展而来，将时空构造描述为就像一张展开的蜘蛛网，网线上携带着它们所通过区域的量子化的面积和体积信息。每根网线的末端最终一定会连在一起而形成圈状――正如该理论的名字――但这与更著名的弦理论的“弦”没什么关系。弦理论的“弦”在时空中来回运动，而圈量子引力的“网线”则构成了时空本身：它们携带的信息定义了周围时空构造的形状。
由于这种圈是量子的，所以该理论也定义了一个最小面积单位，非常类似于在普通量子力学中，对氢原子一个电子的最小基本能量态的定义。这种面积量子是大约一个普朗克单位那么大的一个面。要想再插入一根面积更小的“线”，它就会跟其余的“网线”断开。它不能与任何其他东西连接，只好从时空中退出。
定义了最小面积带来了一个令人欣慰的结果，就是圈量子引力不能被无限挤压到一个无限小的点。这意味着在大爆炸瞬间以及在黑洞中心，它不会产生那种打破爱因斯坦广义相对论方程的奇点。
2006年，阿什特卡和同事报告他们利用这一优势进行了一系列模拟，他们用爱因斯坦方程的圈量子引力版本反演了时钟倒转，以可视化形式展示了大爆炸之前发生了什么：宇宙如预期那样反向演化，回溯到大爆炸时。但在它接近由圈量子引力决定的基本大小极限时，一股斥力进入奇点迫使其打开，成为一个隧道，通向另一个先于我们宇宙之前而存在的宇宙。
今年，乌拉圭大学物理学家鲁道夫・甘比尼和美国路易斯安那大学的乔奇・普林也报告了相似的黑洞模拟。他们发现，当一个观察者深入到黑洞核心时，遭遇到的不是奇点，而是一条狭窄的时空隧道，通向空间的另一部分。
“排除了奇点问题是一项重大成就。”阿什特卡说，他正和其他研究人员一起辨认那些留在宇宙微波背景上的特征标志。宇宙微波背景是宇宙在婴儿时期迅速膨胀残留的辐射。那些标志则可能是由一次反弹留下来的，而不是爆炸。
圈量子引力论还不是一个圆满统一的理论，因为它没有包括任何其他的力，而且物理学家们也还没能说明，正常时空是怎样从这种信息网中出现的。对此，德国马克思・普朗克万有引力物理学研究所的丹尼尔・奥利提希望在凝聚体物理学中寻找灵感。他在物质的过渡阶段生成了一种奇异相态，这种相态可以用量子场论来描述。宇宙可能也经过类似的变化阶段，奥利提和同事正在寻找公式来描述这一过程：宇宙怎样从一系列离散的圈过渡到光滑而连续的时空。“我们的研究还处在初期阶段，还很困难。我们就像是鱼，游在难以理解的时间之流的最上游。”奥利提说。探索的艰难使一些研究人员转而追求另一种更抽象的过程，由此提出了著名的因果集合论（causal set theory）。
因果集合论
因果集合论由加拿大周界研究所物理学家拉斐尔・索尔金创立。该理论提出，构成时空的“基本之砖”是简单的数学上的点，各点之间由关系（links）连接，每个关系指示着从过去到未来。这种关系是因果性表现的本质，意味着前一个点会影响后一个点，但反过来不行。最终的因果网就像一棵不断生长的树，逐渐形成了时空。“你可以想象为，时空是由于这些点而出现的，就像温度是由于原子而出现的那样。”索尔金说，“但要问‘一个原子的温度是多少？’是没有意义的，要有一个整体的概念才有意义。”
上世纪80年代末时，索尔金用这一框架估算了可见宇宙可能包含的点的数量，推导出它们应该能产生一种小的内在能量，从而推动宇宙加速膨胀。几年后，人们发现宇宙中存在一种暗能量，证实了他的猜想。“通常人们认为，从量子引力做出的预测是不可检验的，但这种情况却可以。”伦敦帝国学院量子引力研究员乔・汉森说，“如果暗能量的值更大，或是零，因果集合论就成为不可能。”
虽然很难找到支持证据，因果集合论还是提供了其他一些可检验的预测，一些物理学家利用计算机模拟得到了更多结果。其中一种理论观点可追溯到上世纪90年代初，大致上认为，普通时空由某种未知的基本成分构成，这些成分是微小的块体，淹没在混乱的量子涨落的海洋中，随后这些时空块自发地黏合在一起而形成更大的结构。
最早的研究是较令人失望的，荷兰内梅亨大学物理学家雷内特・罗尔说。时空的“基本之砖”是一种简单的超级金字塔，即三维四面体的四维形式。通过模拟的黏合规则让它们自由结合，结果就成了一系列奇幻的“宇宙”，有的有太多维度而有的太少，它们自己会折叠起来或破成碎片。“就像是一场自由混战，任何东西无法恢复原状，类似于我们周围所看到的一切。”罗尔说。
但是，像索尔金、罗尔他们的发现增加了改变一切的因果性。毕竟时间维度与三维的空间维度不同，罗尔说，“我们不能在时间中来回旅行。”所以她的研究小组对模拟做了改变，以保证后果不会跑到原因的前面。然后他们发现，时空小块开始持续地自行组装，成为光滑的四维宇宙，其性质正和我们所在的宇宙类似。
有趣的是，这一模拟还暗示了在大爆炸之后不久，宇宙在婴儿期时只有二个维度：一维空间和一维时间。还有其他尝试推导量子引力方程的实验也得到了同样预测，甚至还有人提出，暗能量的出现是我们的宇宙正在发展出第四空间维度的一个信号。其他人还证明了，在宇宙早期的二维阶段可能形成一些花纹，类似于我们在宇宙微波背景上所看到的那样。
全息论
与此同时，范拉姆斯东克在全息理论的基础上，对时空的产生提出了另一种完全不同的设想。黑洞以一种类似全息的方式在其表面存储了所有的熵，美国普林斯顿高级研究院的弦理论学家胡安・默尔德希纳最早给这一理论构建了一个明确的数学公式，并在1998年发表了他的全息宇宙模型。在该模型中，三维的宇宙内部包含了弦和黑洞，只受万有引力控制，而它的二维边界包含了基本粒子和场，服从普通量子法则而无需万有引力。
量子力学和广义相对论范文5
Abstract:Science generates the scientific thought, Scientific thought guides the development of science . This paper sorts out the revolution of science in the 20th century, and then analyzes the scientific thought in the 20th-century.
关键词:科学科学革命科学思想
Key word:Sciencescientific thoughtthe revolution of science
作者简介:赵福成,河北师范大学法政学院2007级科学技术哲学专业硕士研究生。
20世纪发生的两次科学革命是科学长期发展和积累的结果,但其深刻性和广泛性,是历代科学革命所无法比拟的。这驱使不少科学家去研究现代物理学革命的特征,探索科学发展的规律。
一、20世纪两次全局性的科学革命
第一次是现代物理学革命。x射线直接地揭开了原子的秘密;汤姆孙发现电子标志着人类对物质微观结构的开始;卢瑟福提出的原子模型,揭示了粒子和它的构造是怎样的;质子中子的发现,对于认识原子核的内部具有重要意义;汤川秀树提出介子学说,还提出了核力场的方程和核力的势,即汤川势的表达式;狄拉克提出了反粒子理论;盖尔曼提出了介子有一堆正反夸克组成,重子由三个夸克组成;爱因斯坦的相对论是关于时空和引力的基本理论,分为狭义相对论和广义相对论;从普朗克的能量子假说,到爱因斯坦的光量子假说,薛定谔的波动观念,到玻恩对函数的统计解释,海森伯的测不准原理及玻尔的互补原理,实现了量子力学的建立。
第二次是综合性科学革命。标志性事件是:1946年第一台计算机问世;弗里德曼提出的非静态宇宙模型,认为宇宙是可能膨胀的;哈勃确定了星系红移和距离之间的线性关系,证实了宇宙膨胀理论;勒梅特提出了宇宙爆炸说;伽莫夫把核物理学的知识同宇宙膨胀理论结合起来,发展了大爆炸理论,并用它来说明化学元素的起源;1948年系统论、信息论、控制论建立;申农与贝塔朗菲代表作的出版,标志着交叉科学信息论、控制论、一般系统论的诞生;1957年,古德等为系统工程论奠定了基础;60年代以来,又出现了新的交叉科学――突变论、协同论和耗散结构理论;50年代板块构造学说问世,魏格纳提出大陆漂移说,由地幔对流说、海底扩张说等阶段,到勒比雄等提出了全球大地板块构造学说;1969年耗散结构理论问世;应用计算机对大气科学和流体力学进行数值研究;分析力学中数学理论的进展,以及统计物理中远离平衡态系统性态的研究,促进了非线性科学的发展; 1971年新兴综合性学科协同学问世;1972年突变理论问世并发展成为一个新的数学分支。
二、对两次科学革命的科学思想浅析
(一)从历时性(纵向)看20世纪科学思想的变迁
分析这两次科学革命,我们可以把20世纪的科学思想分为两个阶段。在20世纪上半叶,科学的基础性、主导型成果是相对论和量子力学,提出了关于时空相对性、空间弯曲、质量和能量的关系、作用量子、波粒二象性、测量中主客体的关系、量子力学的统计性解释等思想,科学认识进入了宏观高速运动领域、微观领域和宇观领域。在20世纪下半叶,主要科学成果是宇宙大爆炸理论、板块构造理论、分子生物学理论以及耗散结构理论、协同学、混沌学、量子场论、量子宇宙学、规范场论、弦理论等,还提出了宇宙膨胀、全球地质观、遗传信息、系统自组织理论思想以及多重宇宙、多重历史、黑洞辐射、时间圈环、多维空间、虚粒子、虚时间等猜想。
(二)从共时性(横向)看20世纪科学思想的特征
20世纪的科学有两大思潮:追求统一性与探索复杂性。
追求自然的统一性,一直是科学追求的基本目标。基于牛顿力学、电磁场学、化学原子论等近代科学硕果,到20世纪初,科学家们认为自然界统一于原子和力。到20世纪50年代,爱因斯坦是追求统一性的主要代表,他试图把自然界的物质和作用统一于场。爱因斯坦是对以牛顿为代表的力学机械论的主要批判者,他的相对论有力的冲击了绝对主义自然观、科学观和思维方式,相对论本身也是追求统一的产物,它追求力学与电磁学、惯性系与非惯性系的统一。可是爱因斯坦在统一场论的过程中,又戏剧性的转向了绝对主义。在爱因斯坦之后,追求统一性的思潮发展为追求4种基本作用的“大统一”,不少科学家甚至追求包罗万象的终极理论。量子场论、量子宇宙学、弦理论都体现出科学家追求统一的努力。
量子力学初步揭示了微观世界的复杂性,强调自然世界的不确定性和微观世界不同与宏观世界的特殊性。以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子力学的解释,同物理学机械论是根本相悖的。爱因斯坦与哥本哈根学派的争论,是坚持物理学机械论和反对无力学机械论这两种思潮的争论。
在20世纪后50年,普利高津提出了探索性的口号,使他成为复杂性科学思潮的主要代表。量子宇宙学、弦理论并不是根据现有的实验建构起来的,也很难用实验来验证,在一定意义上可以说具有“超验性”。在这种背景下,科学日益趋向数学化、模型化,思辨的色彩也越来越浓。狄拉克说,数学是特别适合于处理抽象概念的工具,在这个领域数学的力量是没有限制的。到了霍金,这种意识就更加强烈了,数学模型被看做是追求统一的工具。20世纪上半叶,马赫等人都上升到哲学,从哲学高度进行探索和解释。这将对21世纪科学的发展具有重要的启迪意义。
参考文献:
[1] 周林等 科学家论方法[M ] 内蒙古人民出版社,1985年
[2] 狄拉克 量子力学原理[M ] 科学出版社,1965年
量子力学和广义相对论范文6
从2012年3月起，美国弦论物理学家约瑟夫·波尔金斯基（Joseph Polchinski）就开始琢磨（当然是从数学的角度去考虑）一种自杀的过程：如果一个宇航员掉入黑洞会发生什么。显然，他会死，可是死于什么原因呢？
按照以前的解释，起初他不会有任何特别的感觉，甚至在他下落并穿过任何事物都无法逃脱的无形疆界—黑洞的事件视界时也是如此。但随后，在几小时、几天，甚至几周（只要黑洞足够大）后，他会感到脚部受到的引力比头部的大。他继续坠落，被无情地带向黑洞深处，巨大引力差把他的身体撕成了碎片。最终，他的遗骸将落到密度无穷大的黑洞核心。
波尔金斯基及其团队的计算表明：量子效应会把黑洞的事件视界变成一个由炙热粒子流形成的漩涡。任何落进黑洞视界的人都会遇到一堵火墙，立刻被烧成焦土。
2012年7月，他们将这一结果发表，震惊了物理学界。因为这违背了爱因斯坦早在一个世纪前提出的、作为广义相对论基础的基本物理原理—等效原理。等效原理认为，在引力作用下，下落的观测者看到的现象，和飘在什么都没有的空间中的观测者看到的现象完全一样，即使是在黑洞内部这样的强引力场也是如此。没有这一基本原理，爱因斯坦的理论框架就会坍塌。
波尔金斯基和合作者深知这一结果意味着什么，于是他们给出另一个可能的结果，即火墙无法形成。但是，这个方案同样需要付出“高昂的代价”，即物理学家必须抛弃物理学的另一个重要支柱—量子力学。可是，量子力学在描述亚原子粒子相互作用的理论中占绝对的统治地位。
因此，他们把论文放到了arXiv网站上，让物理学家们做一个选择：要么接受火墙存在，广义相对论不成立；要么承认黑洞可以丢失信息，量子力学有误。
这篇论文在物理学界可以说是“一石激起千层浪”。“它竟然宣称，放弃广义相对论的等效原理是最好的选择，这简直让人无法接受。”美国马里兰大学帕克分校的量子物理学家特德· 雅各布松（Ted Jacobson）说。加利福尼亚大学伯克利分校的弦论物理学家拉斐尔·布索（Raphael Bousso）持类似意见，并补充说，“火墙不可能存在，就像你站在空旷的野外，砖头墙不会突然凭空出现，把你的脸撞扁”。如果爱因斯坦的理论在黑洞视界处不适用，宇宙学家就必须考察它的普适性。
波尔金斯基承认，他可能犯了什么低级错误。因此他求助斯坦福大学的弦论物理学家伦纳德·萨斯金德（Leonard Susskind）—全息理论的创始人之一，帮他找出错误。“我的第一反应是，他们的结果可能是错误的。”萨斯金德说。但在深思熟虑之后，他放到网上的文章是这样写的：“我的第二个反应是他们是正确的，第三个反应是他们到底还是错了，第四个反应是他们仍然正确，这给我招来一个绰号—‘溜溜球’，但我的反应恰恰是大多数物理学家的反应。”
从那时开始，四十多篇文章已经放到arXiv上，但迄今为止，还没有一个人发现波尔金斯基小组有逻辑上的瑕疵。“这真是一个非常漂亮的工作，它指出我们对黑洞的理解有无法自圆其说的地方。”加拿大艾伯塔大学的唐·佩奇（Don Page）说。佩奇20世纪70年代曾与霍金有过合作。
到目前为止，科学家达成的唯一共识就是—这个问题不会很快得到解决。 有科学家认为，整个黑洞视界就是一个火圈。
科技史 昨天的科学报道 阿波罗航天服的秘密
“阿波罗”号登月宇航员所穿的航天服由内衣厂商Playtex的缝纫女工缝制，女工缝制时的误差不得超过1/64英寸（约合0.4毫米）同时不能使用任何别针。在整个“阿波罗”计划中，只有少数人真正将宇航员的命运掌握在自己手上，缝纫女工就是其中之一。
科学探索 机器翻译
只有研究出中文的机器翻译，西方人才有望真正了解中国的风俗、成就和抱负。中国有数亿人口，目前出版的报纸、杂志和书籍每年约合30亿字。在这个巨大的数字当中，只有不到1%的内容被翻译成英文、法文或德文出版。
我们之所以需要自动翻译，原因是人类译者应付不了这样巨量的工作，也不可能完全掌握翻译所需的专业词汇。（此消息刊发于1963年6月出版的《科学美国人》杂志）
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【冰冻400多年的植物再现生机】：最新PNAS（《美国科学院院报》）报告，加拿大研究人员考察北极泪珠冰川时，发现一些冻存400多年的植物，他们采集了这些植物的样本，在实验室培养，结果培育出4个类别11株苔藓植物。这些植物对极端环境的适应能力可能比此前认为的强得多，它们在历史上可能对极地生态系统的建立和维持作出过贡献。 环球科学
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