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一块石头落下, 是因为它在局部时间变慢所弯曲的时空中走直线.
引力是空间和时间弯曲的结果, 这个惊人的观点就是爱因斯坦的广义相对论.

因此, 奇点区域, 即量子区域, 位于未来.
在那里, 管道被挤压成一条线, 变得无限长.
奇点区域并不在黑洞这个球的中心, 那里永远只有坍缩的恒星,
可惜, 很多人仍然保持着这种误解. 这正是人们对黑洞感到困惑的根源.
换句话说, 要想理解黑洞是什么,
我们就不能把它想象成一个中心有奇点的静止圆锥体,
而是要把它想象成一根长长的管道, 底部是诞生了黑洞的恒星.
这个管道不断拉长, 变窄, 在未来会挤成一条线.
奇点不在中心, 而是在中心之后. 这就是整个故事的关键所在.

假如黑洞在它旅程的终点反弹, 像一个反弹的篮球一样,
沿着时间, 反演它之前的轨迹, 那么 ... 它就变成了白洞.

我在理论物理学领域所做的主要工作是参与构建描述量子时空的数学结构,
我们构建的数学结构名为圈量子引力.
要想理解由时空的量子形态主宰的黑洞区域会发生什么, 我们就需要这一理论.
在黑洞中, 我们直觉感受到的连续空间和连续时间不再有效.

网络中的链接将相邻的节点连接起来, 使节点的集合成为一个连通的结构,
即"空间"结构. 罗杰·彭罗斯将这些结构命名为"自旋网络".

如果空间是颗粒性的, 那么黑洞的内部就无法被挤压到比单个颗粒更小.
黑洞内部管道的收缩过程必须在奇点之前停止. 那时, 黑洞内部会发生什么呢?

一般的量子力学方程给出的,
是空间中的物理系统从一种构型跃迁到另一种构型的概率.
圈量子引力方程给出的, 是一种空间构型跃迁到另一种空间构型的概率.

这实在是令人困惑. 白洞就像一个反转的黑洞,
但这并不意味着引力的吸力变成了斥力. 即使时间的方向倒转,
引力的吸力也不会变成斥力. 我坚持认为, 从外部看,
黑洞和白洞的表现完全相同: 它们都是通过引力来吸引的质量体.

黑洞外部的几何形状不会因为时间反演而改变,
但这种对称性在视界上被打破了. 时间反演时视界不会保持不变.
这就是为什么同样的外部可以同时与黑洞和白洞兼容,
尽管黑洞和白洞的视界相反. 这一切都让人难以置信,
但这就是自然运转的方式. 尽管白洞和黑洞内部发生的事情完全不同,
但时间在视界上的翻云覆雨手使得它们的外部一模一样.

所有不可逆的过程中, 都有热量产生.
事实上, 在仔细观察之后, 我们还发现反过来也成立:
只要有不可逆的过程, 就会有热量 (或者类似于热量的东西) 产生.
热量是不可逆的标志, 正是热量将过去和未来区分开来.
因此, 黑洞的生命中至少有一个方面不可逆转: 逐渐缩小的视界.
请注意, 视界缩小并不意味着黑洞的内部变小.

在黑洞变成白洞的那一刻, 黑洞视界极小, 但内部却极大.

黑洞通过散发霍金辐射失去能量, 变小, 而当恒星反弹为白洞时,
它并不会变得和一开始的黑洞一样大, 它仍然很小.
形成的白洞比它的母体黑洞要小.
霍金辐射可以缩小视界, 直到它变得极小.
此时, 视界周围的时空弯曲非常严重.
因此它处于完全量子态, 从黑洞跃迁到白洞的概率变得非常大.
于是, 跃迁发生了. 白洞没有能量继续增长, 它仍然非常小.
它会在很长时间内散发出极其微弱的辐射, 直到完全消失.

由于时间反演带来的对称, 反弹得以发生, 但时间仍保留了它的方向.
反弹的确切时刻在时间上是对称的, 但整个过程却并不对称.
黑洞和白洞中可怕的时间弯曲颠覆了我们对时间的直觉,
但并不影响时间的方向: 过去与未来仍然是不同的. 为什么会这样?

两个我们熟知的显而易见的事实从根本上区分了过去和未来.
这两个事实看起来如此基本, 如此平淡无奇,
让我们简直没法去思考这个观点, 即时间本身并没有自己的方向.
过去与未来之间有两处极其鲜明的不对称, 似乎是无法克服的.
第一, 我们了解过去 (而不是未来), 因此过去对我们来说是稳固的, 确定的.
第二, 我们可以决定未来 (而不是过去), 未来对我们来说是开放的, 不确定的.
过去与未来之间的这种根本性差异, 只是事物排布中的偶然, 这可能吗?

我们记得过去而不记得未来, 唯一的原因就是初始的不平衡.
我们之所以知晓过去, 是因为现在存留着过去的痕迹, 例如在我们的记忆中.
这些痕迹之所以存在, 是因为过去出现过不平衡的状态. 过去可知且确定,
并不是由于时间具有内在的方向, 而是由于在某个时间点, 事物是这样排布的,
而我们称之为过去. 是过去的不平衡导致了痕迹的存在, 仅此而已.
我们说过去是确定的, 就等于在说我们留有很多过去的痕迹.

我们之所以能记住过去, 而非未来,
完全是因为宇宙在过去的某个时刻比现在更偏离平衡态.
如果一个系统达到了完全的平衡态, 它就不会再有任何痕迹,
也不会再有记忆, 更不会有任何东西能够区分过去和未来.
或迟或早, 所有记忆都会消逝, 被日复一日的磨损抹去.
或迟或早, 我们引以为傲的文明, 我们所理解的事物,
这本书上的文字和其他文字, 我们的争论, 绝望的热情和爱, 都会无影无踪.

信息悖论源自一种误解,
即一个黑洞的状态总数是用贝肯斯坦-霍金熵来测量的,
因此也是通过视界面积来测量的. 这是"全息原理"的一种极端版本.
由此可知, 蒸发会减少状态数. 到了佩奇时间,
已经没有足够的状态来净化霍金辐射了. 冯·诺依曼熵必须开始下降,
从而形成佩奇曲线. 因此, 应当存在一种把信息释放出来的机制.

这个论点基于两个错误的假设. 首先, 冯·诺依曼熵总是小于热力学熵.
这只适用于遍历论系统, 而黑洞的动力学肯定不是遍历论系统,
因为它的因果结构不允许内部和视界之间出现能量均衡.
系统中因果关系断开的部分会继续通过在过去形成的纠缠增加冯·诺依曼熵,
但不会增加热力学熵. 当视界蒸发时,
其热力学熵会下降, 但冯·诺依曼熵不会下降, 并且仍然允许信息留在内部.

第二个错误假设是, 视界是事件视界.
视界是一个表观视界, 它是否成为事件视界取决于量子引力,
因为在蒸发结束之前, 外曲率会变成普朗克曲率.
佩奇时间的推导依赖于事件视界的存在,
因此也依赖于对量子引力的 (错误的) 假设.
弦理论中对状态数的计算涉及永恒黑洞, 因此只涉及事件视界.
它和能够从外部区分的状态数相关 -- 这种构想下的可观测值就处于外部.
它们是视界的状态, 而不是黑洞内部的状态. 信息仍在黑洞之中.
在黑洞变成存在时间很长的白洞之后, 信息才会离开.

在对现象的微观描述中, 因果之间的区别没有意义.
在微观现象的层面上, 我们有规律, 物理定律, 概率,
而这些概念并不区分过去和未来.
过去和未来的区分是我们用宏观变量来描述时, 宇宙历史才具有的一个属性.
只有对这些变量, 我们才能谈论原因.

外尔在讲座中讲过, 在艺术中"不对称很少, 仅仅是由于对称的不存在".
这句话在物理学中似乎也是正确的. 随着左右不对称的发现,
出现了关于基本粒子及其相互作用的左右对称-不对称的两个新的方面.
第 1 个方面是关于中微子结构的. 有趣的是,
这一概念是外尔在 1929 年提出的一个概念的重现.
这个概念由于没有保持左右对称而在当时被摒弃了.
既然中微子只参与弱相互作用, 那么在弱相互作用中左右对称被推翻,
也就意味着推翻了摒弃外尔所提概念的理由, 而使之重现.
人们在 1957 年对中微子进行的许多次实验, 证实了对这个概念的一些推测.
必须着重指出的是, 外尔的假设建立在优美和朴素的数学基础上.
大自然又一次在这个例子中 (正如在其他例子中一样)
显示出它对数学推理之美的偏爱, 很难认为这仅仅是一种巧合.
第 2 个方面所涉及的问题是: 由于有了这种新的进展, 左右对称是否真的不存在了?
这里最有趣的一点是, 如果我们改变对镜面反射的定义, 就可以恢复镜面反射对称.

如果我们完成一次镜面反射, 并且将所有的物质转换为反物质,
那么物理定律保持不变. 这种保持物理定律不变的联合转换,
因而可以被定义为真正的镜面反射过程.
按照这个定义, 镜面反射对称又可以成立.