Janna Levin: 珍娜·莱文：黑洞、虫洞、外星人、悖论与额外维度

这段节选从珍娜·莱文讲述黑洞运动时会发生什么的中途开始。黑洞会使空间和时间弯曲，物体沿着这些弯曲下落。黑洞运动时，这些弯曲必须跟着它们移动，但速度不能超过光速。因此，两个相互绕转的黑洞会在“空间的实际形状”中产生一种波，这种波随着它们的起伏而跟随它们。莱文说，这两个黑洞最终会并合。她表示，尽管存在时间膨胀，并合并不会花费无限长的时间，因为两个天体都非常巨大，对时空的扭曲极其强烈。她将此与通常的图景作对比：一颗小弹珠落入单一的视界。而这里有两个事件视界，模拟显示它们会晃动、并合，最终形成一个更大的黑洞。

并合之后，新的黑洞会以引力波的形式辐射掉自身的“不完美之处”，最终稳定为一个平静的、自旋的黑洞。莱文用 E = mc² 来解释其中的能量账：最终黑洞的质量小于最初两个黑洞的质量之和，差额以时空“鸣响”的形式辐射出去。

必须特别强调的是，那不是光。

她在这一点上说得很明确。这些能量没有任何一部分出现在电磁波谱中的任何位置，她列举的电磁波谱包括X射线、伽马射线、红外线和可见光。探测光的仪器什么也看不到，这一事件“完全是黑暗的”。这种信号只以空间形状的涟漪形式存在。

正因如此，人们常把这些波比作声音。莱文更进一步，但她给这一说法加了限定。她说“我们算是论证过”，并补充道“我没有做过解剖学上的计算”。她的意思是，如果你离两个相撞的黑洞足够近，它们的频率会落在人类的听觉范围内。即使在真空中，时空也可能挤压和拉伸你的鼓膜，你就能真真切切地听到这种鸣响。她把这作为一个非正式的论证提出，而不是经过计算的结果。

莱克斯·弗里德曼介绍说，莱文是一位理论物理学家和宇宙学家，研究黑洞、额外维度宇宙学、宇宙拓扑以及引力波。他列举了她的著作：How the Universe Got Its Spots（关于宇宙的形状和大小）、A Madman Dreams of Turing Machines（关于天才、疯狂与知识的极限）、《黑洞蓝调》（Black Hole Blues and Other Songs From Outer Space，关于LIGO和引力波的探测），以及《黑洞生存指南》（Black Hole Survival Guide）。

对话从莱文发给弗里德曼的一则轶事开始。物理学家西德尼·科尔曼被邀请参加一个上午9点的会议，他回答说：“我熬不了那么晚。”弗里德曼说，最好的想法，也许还有最糟的想法，都是在夜里出现的，或许是因为寂静，或许是因为黑暗。莱文把深夜称作“偷来的时光”，这时电子设备不会响个不停，也没有必须做什么的压力。她提到，两人之前就曾在凌晨4点互发消息。

弗里德曼问黑洞是什么、它们如何形成。莱文认为这两个问题常常被混为一谈。死亡的、质量极大的恒星是自然界制造黑洞的一种方式，但她说，黑洞比恒星的最终状态“更普遍、更基本”。她还说，爱因斯坦对这样一个解如此快就出现感到惊讶，但他“真的认为大自然会保护我们，不让它们形成”。

莱文把这段历史放在1915至1916年：当时爱因斯坦经过大量反复修改，得出了相对论的标准表述，而那时正值第一次世界大战。卡尔·史瓦西是一位天文学家，四十多岁时参了军。他在东线战场的战壕里、在炮火声中算出了爱因斯坦方程的一个解，并寄给了爱因斯坦。莱文转述了一个玩笑：据说他当时本该在计算弹道轨迹。这是爱因斯坦方程的第一个精确解。史瓦西并没有把它称为黑洞，莱文指出，这个名字是几十年后才出现的。

莱文看重史瓦西工作的地方在于，它纯粹关乎这个想法本身，而不涉及观测，也不涉及大自然可能如何制造这种天体。她转述史瓦西的思路，描述了一个刻意设定的“站不住脚”的情境：把一颗恒星的全部质量压缩到一个点上，不问怎么做到，然后算出时空会怎样。按她的概括，背后的逻辑是：物质和能量使空间和时间弯曲，而弯曲的时空反过来告诉物质和能量如何下落。

在莱文看来，史瓦西解最重要的特征是一个边界：事件视界，即连光都无法逃脱的区域的边界。她说，一百多年后的今天，她会把这个边界称为黑洞。

黑洞不是被压缩到一个点的质量。黑洞就是事件视界。

她把视界描述为时空中一个分隔事件的曲面，这个名字也由此而来。这种分隔是单向的。外面的事件可以影响里面，所以你可以把一个探测器扔进去，让里面发生某些事情。而里面的任何东西都无法影响外面的事件，所以掉进去的人无法把探测器送出来。莱文把这种单向性称为“黑洞的深刻之处”。

由此引出了她的观点：黑洞是“虚无”。人们往往把黑洞想象成一颗密度极高的死亡恒星，但她说，如果你走到事件视界跟前，你会发现那是一片空的时空区域。它“与其说是一个东西，不如说是一个地方”。弗里德曼称这是一个“让大脑崩溃的想法”，与通常那种超高密度物质的印象相悖。莱文用一个文字游戏加以确认：“黑洞是 no thing（什么东西都不是）。”她说，即使黑洞是在混乱的天体物理系统中形成的，这一点依然成立：“归根结底，留下来的仍然什么都没有。”

谈到这个解当时受到的反响，莱文说，爱因斯坦觉得它很迷人，并帮助它得以发表，但他不认为这样的天体会在自然界中形成。她给出了自己的猜测：“我怀疑卡尔·史瓦西也不这么认为。”在她看来，两人都以为自己是在解理论上的数学问题，而不是在描述后来被证明是引力坍缩最终状态的东西。

弗里德曼提出，这种思想实验的意义也许在于把一个理论推到极端，找出它失效的地方。莱文说，这个解同时做到了好几件事。它能描述远处看到的太阳，也能很好地解释地球的轨道，她称之为“几乎是杀鸡用牛刀”，因为这个问题并不需要相对论那样的精度。它预言了黑洞，尽管它没有解释大自然会如何形成黑洞。而在靠近中心的地方，它确实发出了失效的信号，那里“听起来已经不对劲了”。

她把奇点比作“一个垂死之人在泥地上划下记号，表明这里出了问题”：这是理论中某处有错的迹象。她引用了罗杰·彭罗斯的工作。彭罗斯对通过引力坍缩形成黑洞做了一般性研究，发现黑洞一旦形成，奇点就不可避免。按莱文的说法，彭罗斯也认为这很可能是一个缺陷，原因在于没有纳入量子力学，而纳入量子力学会改变这一图景。

弗里德曼将其重述为：在奇点附近，量子力学接管一切，所以不存在奇点，而是存在“别的东西”。莱文同意前半句，但把它表述为一种自洽性的要求。在靠近奇点的地方，你必须纳入量子力学。在如此小的尺度、如此极端的曲率和能量下，不用量子力学来描述，就会与我们所理解的世界不一致。她没有说取代奇点的是什么，这段节选也没有解决这个问题。

回到黑洞如何形成的问题，莱文说，既然爱因斯坦接受了这一预言却不指望大自然会造出黑洞，那么真实的恒星后来被证明确实会产生黑洞，就“相当令人震惊”。她把功劳归于J·罗伯特·奥本海默这样研究核物理和量子力学的物理学家，并称这“可能是奥本海默最重要的理论工作”。她把他们最初的问题描述为“乌托邦式的”问题，比如恒星为什么发光，太阳为什么如此明亮、如此炽热。从这些问题出发，奥本海默这样的人开始追问：恒星能否坍缩到密度高到连光都无法逃脱的程度？

这段节选的局限：它从一句话的中间开始，处于引力波解释的中途。弗里德曼的一个问题因一段听不清的空白而被截断。关于能听到引力波的说法明确是非正式的、未经计算的。归于爱因斯坦、史瓦西和彭罗斯的观点是莱文的转述，其中关于史瓦西的部分是她自己的猜测（“我怀疑”）。奥本海默的故事在恒星坍缩的结果得到解释之前就中断了。

珍娜·莱文首先纠正了一个常见的印象。黑洞常被描述为致密的天体，但她把黑洞看作发生在大质量恒星内部的一个过程的结果。这样的恒星燃烧热核燃料，按照 E 等于 MC 平方释放能量。她称之为“一颗持续爆炸的热核炸弹”。最终，它耗尽了可供聚变的氢和氦，形成一个铁核。铁之后的聚变“在能量上代价高昂”，所以这颗恒星实际上已经没有燃料了。

莱文说，只有当恒星“比我们的太阳重得多，也许是太阳质量的20倍、30倍”时，才会发生坍缩。这种坍缩“极其迅速而剧烈”，并产生一道激波。这就是超新星。许多这样的恒星会发生反弹，因为挤压把它们带到一个新的临界点，在那里它们可以重新点燃，聚变出更重的元素，这“基本上就引爆了一颗炸弹”。她强调，这种爆炸对我们很重要：恒星把它们的物质抛回太空，这就是为什么人类由碳和氧构成，而不仅仅是氢。

爆炸之后留下的，有时是一颗中子星。莱文把它描述为密度极高，但比黑洞大，也就是说它“还不够致密，成不了黑洞”。按她的描述，它就像一个巨大的中子：电子被挤进质子里，形成一个由奇特的超导物质构成的巨大原子核。如果剩下的核心比这更重，她给出的标准是“比太阳质量的两倍还重”，它就会变成黑洞。

她把功劳归于奥本海默和他的学生，他们在1939年发表的一篇论文中表示，他们相信引力坍缩的最终状态是黑洞。她称这是一个惊人的、“有远见的结论”。她还提到了发表时机：这篇论文恰好在纳粹进军波兰的同一天发表，因此几乎没有得到报纸的关注。莱克斯·弗里德曼指出这篇论文非常短（“两页。大概三页。”），并读了它的开头。论文写道：“当所有热核能源耗尽时，一颗足够重的恒星将会坍缩。”文中还说，除非由自转引起的裂变、质量辐射或被辐射吹走的质量使恒星质量减小，否则“这种收缩将无限期地持续下去”。莱文称这篇论文“非常漂亮”。

弗里德曼对这篇论文与其发表时机之间的反差感到震撼：一位物理学家预言大自然如何能形成一种“连爱因斯坦的大脑都被搞崩溃”的天体，而就在此时，希特勒迈出了一场全球战争的第一步。莱文补充说，克里斯托弗·诺兰的电影里对此有一个很小、容易错过的致敬。片中有人开玩笑说，因为进军波兰的事，现在没人会关注这篇论文了。

莱文用数字来解释坍缩。太阳的直径大约是一百五十万公里。设想一颗大得多、重得多的恒星发生超新星爆发，留下一个也许是太阳质量10倍的核心。这个核心会持续坍缩。当它的直径缩小到大约60公里，差不多是一座城市的大小时，黑洞基本上就开始形成了。时空弯曲得如此剧烈，连光都无法逃脱。

在她的描述中，事件视界“几乎是印刻在时空上的”。恒星无法一直维持那种致密状态，正如它也无法以光速向外飞奔，因为连光都被迫向内。于是恒星继续坠落，把事件视界抛在身后，落入内部。莱文称之为“神奇的部分”。哪些仍属未知，她说得很清楚：恒星去了哪里，“没有人真正知道，但它已从视野中消失。”

恒星就像柴郡猫一样从视野中淡去，一个只留下它的笑容，另一个只留下它的引力。

莱文认为这句话出自约翰·惠勒，她称惠勒是美国相对论的“祖师爷”。她也表明这只是大致的说法，说惠勒讲的是“大意如此”的话。

莱文说，1939年时这类天体还不叫黑洞。物理学家用冗长的说法来描述它们，比如“引力坍缩的灾难性终态”。她认为名称的转变发生在1967年，那是惠勒在纽约哥伦比亚大学附近做的一场讲座，地点在《宋飞正传》里那家汤姆餐厅楼上的一个房间。她把这当作传闻来讲：惠勒不断重复那个拗口的说法时，据说有人在后排喊道：“那叫黑洞怎么样？”之后惠勒似乎就向全世界力推了这个术语。

弗里德曼说，他喜欢“大爆炸”“黑洞”这类直白的名字。在他看来，这些名字指着房间里的大象，直接把它叫作大象。他还说“黑洞”是“相当准确而深刻的描述”。

莱文让这个命名故事变得更复杂。推广这一术语的惠勒，曾因1939年的那项结果让奥本海默“相当难受”，并花了几十年时间说它是错的。她在描述两人关系时很谨慎。这段关系有时被形容为充满怨恨，但她说自己不知道是否真能称之为宿怨，只知道双方有过不愉快。惠勒反对的理由是，奥本海默的设定过于简单、过于理想化。他认为，换成一个更现实、更复杂的模型，黑洞就会消失。

惠勒是通过自己早期的计算机研究改变看法的。那项工作与他为理解核武器所做的努力有关，到了和平时期又转回天体物理问题。他最终得出结论：奥本海默是对的，黑洞很可能是极重恒星坍缩的终态。莱文转述了一个故事：惠勒宣布这一结论时，奥本海默正坐在礼堂外面。有人问起此事，据说奥本海默回答：“嗯，我已经转向别的事情了。”

莱文从1939年引出一个更宽泛的教训：科学本身是中立的（agnostic）。奥本海默等人当时在追问关于核物理和恒星的“乌托邦式问题”。与此同时，科学家们承受着压力，被要求把核物理投入实用、加入核武器竞赛。她援引迈克尔·弗雷恩的剧作《哥本哈根》，剧中让尼尔斯·玻尔说了一句话：他对妻子说，还没有人想出用量子力学杀人的办法。她指出，紧接着核弹就出现了。

弗里德曼指出，奥本海默同时也是制造原子弹的核心人物。他称之为“理论与实验同地缘政治碰撞在一起”。莱文表示同意。“如今被称为原子弹之父”的奥本海默，当时研究的是“同一种技术”：越过临界质量，引发核反应。她先说的是热核聚变，随后又指出最初的原子弹用的是裂变。

在莱文的叙述中，裂变最早由莉泽·迈特纳证明。她描述的过程是用质子轰击某种铀，使其分裂成更小的碎片，这些碎片的总质量小于原来的铀。缺失的那部分质量以能量的形式逸出，莱文称这是爱因斯坦最著名的方程第一次得到具体证明。这是她在对话中的说法，节目中没有提供关于该实验的更多细节。

弗里德曼提到，他与一些世界领导人交谈过，对他们而言，核武器是地缘政治棋盘上的一件工具，也许只是心照不宣。他问莱文怎么看物理学家造出足以毁灭人类文明的武器的那一刻。她称之为“科学史上令人极其痛苦的时刻”。

莱文谈到了维尔纳·海森堡，他留在德国，参与了纳粹的原子弹计划。曾有“充满希望的说法”认为他故意让这个计划脱轨。她说：“我认为这种说法基本上已被推翻”，并认为只要能造出来，他就会造。在她看来，拦住他的是一些相当简单的错误，出在他最初对所需材料量或如何越过能量壁垒的估算上。她称这是“一个可怕的念头”。她也承认，自己真的无法想象面对那样的抉择：必须主动去找出用量子力学杀人的办法。

关于当下，莱文只就物理学家整体发表看法。她认为，如今绝大多数物理学家觉得核武器不应继续扩散，并说“很少有理论物理学家希望看到这种情况继续下去”。这只是她的印象，并非调查结果。

弗里德曼随后提出一个反事实设想。苏联、纳粹德国和美国都有出色的科学家，他估计美国率先造出原子弹的概率是33%。他认为，原子弹如果落在苏联手里，会在欧洲战场上以“更加可怕的方式”被使用，还可能用来对付美国。他认为希特勒会用它“杀死数亿人”。这两点都是他的推测性判断。莱文只部分接受这一框架。她说，在博弈论的框架内，“这是危害最小的结果”。随后她补充了一条限定：在她看来，博弈论者会选择的走法里，“不存在没有原子弹的结果”。

弗里德曼在本节结尾谈到科学家与其成果被如何使用之间的落差。他提出，如果抛开地缘政治、意识形态和独裁者，所有参与其中的人都“只是科学家”，他们甚至可能根本不去想意识形态。他把一个问题留作开放：自己的科学被政客（他称之为“烦人、有时邪恶”的政客）拿去做好事或坏事，科学家对此是否有任何掌控力。“这很难。”

这段节选从一场讨论的中途开始，话题是科学家对自己造出的武器负有怎样的责任。詹娜·莱文认为，武器一旦存在，科学家就失去了对它的支配权。此后，是使用还是克制，都由科学以外的因素决定。

一旦造出来，决定其使用或克制的就不再是科学推理了。

随后莱文提出一个历史论点：这项工作更有可能在美国取得成功，因为“美国不一样”。她这句话有一部分在文字稿中被标注为听不清，因此无法完整还原她具体在拿什么作比较。她的证据是人员流动的方向：“那么多科学家逃到了这里”，而“美国人并没有逃往纳粹德国”。她说这些科学家的动机是爱国主义，但又“不止于此”。在她的叙述中，那是他们对欧洲威胁的亲身体会，他们亲眼看到“这种自由奔放的柏林文化如何迅速陷入这个压迫而恐怖的政权”。她明确把这段历史与当下“这种特殊的氛围”联系起来，说这是“我们现在就必须思考的事情”。

莱克斯·弗里德曼把这一观点延伸到美国的制度上。他承认这么说“很老套”，但认为个人自由造就了他所说的“处于最佳状态时，一个非常有活力的科学共同体”。在下一段（文字稿将其归于莱文）中，说话者强调要维护“辩论的活力、经费的活力，那些机制”。随后莱文以一个有条件的警告结束了这段交流。