灵光乍现的时刻

2013 年新泽西州普林斯顿高等研究院。

来自阿根廷的物理学家胡安·马尔达西那坐在办公室里，窗外是修剪整齐的草坪和郁郁葱葱的树林，这片宁静的景色曾陪伴过爱因斯坦度过他生命的最后二十年。

虽然相隔了半个多世纪，但此时的马尔达西那仿佛和爱因斯坦的心灵相通，他们正在思考着相同的问题。马尔达西那盯着电脑屏幕，手指在键盘上悬停了许久。他的脑海中正在进行一场跨越时空的拼图游戏。人类的灵感和顿悟往往来得毫无征兆，前一秒可能还在绝望中苦苦思索，下一秒，灵感突然就来了，几块看似完全找不到接口的碎片，突然在他眼前严丝合缝地扣在了一起。不过，这个想法似乎有点疯狂，他甚至感到一丝眩晕，但眩晕之后，他又为自己的想法感到无比兴奋。

他整理了一下思绪，快速地写了一封邮件，没有丝毫犹豫，他点击了发送按钮。电子邮件以光速飞向几千公里外的加州斯坦福大学。

此时此刻，伦纳德·萨斯坎德也正坐在电脑前苦苦思索。屏幕上是 AMPS 的论文，这篇论文就像重新挑起黑洞战争的烽火。作为黑洞战争中“保皇派”的领袖，他必须直面挑战，扛起保皇派的大旗。但是，AMPS 四人组提出的那个逻辑死局，像一根刺一样扎在他的心头。这是对于任何一个理论物理学家来说，都残酷无比的选择题：要么牺牲广义相对论，要么牺牲量子力学，鱼和熊掌不可兼得。但问题是，哪个都是经受住了无数严苛考验的百年理论，实在没法选。

萨斯坎德盯着论文看了一遍又一遍，但是，他找不到破绽。

就在这时，电脑“叮”的一声，一封信邮件抵达邮箱，他瞄了一眼标题，发件人是老朋友马尔达西那。萨斯坎德眼睛一亮，立即点开邮件。

里面没有长篇大论的寒暄，也没有复杂的数学推导，顶尖高手之间的对话不需要多少字，这封邮件的核心内容只有一个简短，但足以让萨斯坎德陷入长久沉思的公式：ER = EPR。

这个公式看起来简单到近乎随意，但是，在萨斯坎德的眼里，这是一道闪电。

什么，量子纠缠居然和虫洞等价？！萨斯坎德在内心惊呼，这的确是一个匪夷所思的观点，不过，在物理学发展的历史上，匪夷所思的观点还少吗？从爱因斯坦提出光速不变开始，物理学的每一次革命，哪一次不是从一个匪夷所思的大胆假设开始的。在那一瞬间，他仿佛看到了一道闪电。

爱因斯坦的左右互搏：EPR与ER

讲到这里，我必须花一点时间，给你们展开讲一下什么是 EPR，什么是 ER。

1935 年，对于爱因斯坦来说，是颇为高产但也颇为孤独的一年。那时的他，已经定居普林斯顿，早已不再是那个提出相对论的年轻英雄，反而被量子力学的新秀们视为“过气的老顽固”。就在这一年，爱因斯坦在《物理评论》杂志上，先后发表了两篇论文。

第一篇论文，发表于 1935 年 5 月。 题目叫《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》。这篇论文的合著者是波多尔斯基（Podolsky）和罗森（Rosen）。取三人姓氏的首字母，这篇论文就是大名鼎鼎的“EPR 佯谬”。在这篇论文里，爱因斯坦本意是想通过归谬法来嘲笑量子力学。他在论文中提出了一个思想实验，假设有两个纠缠的粒子分离了非常遥远的距离。但由于他们处在纠缠态，所以，他们之间必须维持着某些物理量的守恒。

假如哥本哈根学派的理论是正确的，那么，这两个粒子就必然会出现一种神奇的现象，就是只要测量其中一个粒子，那么，另外一个粒子不论相隔多远，也会受到影响。爱因斯坦认为，这是不可能的，因为这违反了他的相对论，也就是信息的传递速度不能超过光速，爱因斯坦把这种他认为不可能出现的现象称为“鬼魅般的超距作用”。

然而，后来事情的发展却超乎爱因斯坦的意料。在爱因斯坦去世后，物理学家们通过实验证明，纠缠的两个量子之间，真的存在这种鬼魅般的超距作用。这就是现在让我们如雷贯耳的“量子纠缠”效应。

所以，是这篇被简称为 EPR 的论文，开启了人类对量子纠缠的研究。在马尔达西那的邮件中，EPR 就是代表量子纠缠的意思。

第二篇论文，发表于 1935 年 7 月。 题目叫《粒子问题在广义相对论中的解》。合著者是罗森（Rosen）。取两人姓氏的首字母，这篇论文提出的模型被称为“ER 桥”，也就是爱因斯坦-罗森桥。在这篇论文中，爱因斯坦试图把基本粒子看作是时空几何的一种特殊结构。他发现，史瓦西黑洞的数学解中，其实包含了一个连接两个不同时空区域的“通道”。这就好比你在一张纸上扎了两个洞，然后把纸弯曲，让两个洞连在一起。

再后来，著名的物理学家惠勒给 ER 桥起了一个非常生动有趣的名字，就是虫洞。虫洞就好像一个时空隧道，可以把相距极为遥远的两个空间连接起来。所以， 在马尔达西那的邮件中，ER 指的就是虫洞。

爱因斯坦在同一年，写下了这两篇论文。不过，爱因斯坦认为，这两篇论文讨论的东西，是两个完全不相干的领域。EPR 研究的是微观层面的量子力学，它探讨的是概率、纠缠等概念。而 ER 则是关于广义相对论的，它研究的是宏观宇宙的现象，探讨的是时空几何、引力等概念。

换句话说，在爱因斯坦的心目中， EPR 也就是量子纠缠是他必须要打倒的“鬼魅”，是量子力学中的 bug。而 ER 呢，这是他最引以为自豪的关于时空的几何学。这两者之间的差别，那就像是小孩涂鸦和大师工笔画的差别。

但是，谁能想到，科学的发展竟然如此充满戏剧性，全世界最大胆的编剧也不可能把涂鸦和工笔画给写成是同一个东西。然而，在物理学的江湖中，这种绝无可能的事情真的就发生了。

而且，最富戏剧性的是，在爱因斯坦完成那两篇论文 78 年后的 2013 年，在同一个地方，普林斯顿高等研究院，马尔达西那把虫洞和量子纠缠划上了等号。

ER=EPR：用虫洞化解“重婚罪”

萨斯坎德看到马尔达西那的邮件后，陷入到长长的沉思中，过不了多久，他就被马尔达西那这个疯狂的想法所折服。他和马尔达西那一起，完善了他们的理论。他们共同提出：虫洞和量子纠缠，可能不是两个不同的物理现象，它们也许是同一物理现实的两种不同描述！就好像能量和质量是一个物理现实的一体两面。

这到底意味着什么呢？

在继续往下讲之前，我必须给你打个预防针，接下去，我只是用一种通俗但绝对不能称之为严谨的方式，向你转述当今世界最顶尖的物理学家的思考。因为这是科普，我不可能用真正的物理学术语和数学公式来给你转述，我只能用比喻的方式来解说。所以，我想请您千万不要沿着我这些不够精确和严谨的比喻，继续往下推演，得出各种更加脑洞大开的所谓结论，那就百分百会成为一个民科的。

想象你有两个黑洞，黑洞 A 和黑洞 B。它们相隔亿万光年。如果这两个黑洞是处于“量子纠缠”态的，比如它们是由同一颗超新星爆发产生的两块碎片形成的，那么，根据 EPR 中提出的思想实验，它们之间存在着鬼魅般的超距作用。

又根据萨斯坎德和马尔达西那的 ER = EPR 理论，这种“超距作用”，在时空几何上，可能就表现为一条连接这两个黑洞内部的虫洞！

这两个黑洞，表面上看相隔万里，互不相干。但在更高的维度里，或者是从时空的拓扑结构上看，它们也许通过一条秘密隧道，爱因斯坦-罗森桥，也就是虫洞，紧紧地连接在一起。

听到这里，你可能要问：那这个理论和“防火墙悖论”有什么关系呢？

关系太大了！它为化解 AMPS 提出的那个“重婚罪”死局提供了一个极其巧妙的可能。还记得那个“不可能三角”吗？ 粒子 B（小光）必须和粒子 A（老光）纠缠，同时也必须和粒子 C（新光）纠缠。AMPS 说这是“重婚”，是不可能的，你必须断掉一个。换句话说，这不是一个技术问题，而是一个原则问题，量子力学禁止这种关系的存在。

但是，萨斯坎德和马尔达西那提出了一个大胆的假设：也许这根本不是重婚，也许根本不需要断开。也就是说他们质疑的不是 AMPS 的推理过程，而是他们理论的前提。

如果 ER = EPR 是对的，那么： 粒子 B 和粒子 A 的纠缠，本质上可能意味着 B 和 A 之间通过一个微型的“量子虫洞”连接着！ 而粒子 A 是什么？A 是早期的黑洞辐射出的光子，虽然它飞到了远处，但因为它和黑洞纠缠，所以通过虫洞，A 其实仍然连接着黑洞的内部！

讲到这里，我怀疑我把你绕晕了。没事，让我换个通俗的比喻帮助你理解我到底在说什么。

因为在量子世界中，重婚是重罪，所以，AMPS 不是认为粒子 B 不能同时与 A 和 C 结婚吗？

但是，萨斯坎德和马尔达西那却说：

有没有一种可能，A 其实就是 C！当然，这并不是说 A 和 C 在量子态上是“完全相同的粒子”，而是说它们在纠缠结构上，可能并非 AMPS 所假定的那种彼此独立的自由度。换句话，他们俩可能就是同一个人的正面和背面。或者更准确地说，A 通过虫洞，在黑洞内部就是和 C 连在一起的！所以，这根本不是重婚。

换句话说，黑洞的内部空间，并不是一个封闭的死胡同。它通过无数微小的虫洞，连接着外面那些因为霍金辐射而逃出去的光子。如果是这样，那么黑洞的内部，其实就是由外面那些辐射构成的！黑洞和它的辐射，在宇宙的时空几何上，可能是连通的。

在这种图景下，时空没有断裂，纠缠也没有“断开”，那么能量就不会释放，那堵可怕的黑洞表面的“火墙”自然也就消失了。这样一来，爱因斯坦的广义相对论似乎就保住了！宇航员穿过视界时，不会被烧死，黑洞的事件视界面依然是平滑的。只不过，这个平滑的视界内部，并不是我们以前想象的空荡荡的空间，而可能是一个充满了通往外部辐射的“虫洞网络”。

时空或许源于纠缠

马尔达西那和萨斯坎德的脑洞实在是很大很大，他们俩为我们这些科幻爱好者又提供了一个无比巨大的科幻素材宝库。

ER = EPR 不仅为解决防火墙悖论提供了思路，它还描绘出了一个更加震撼的宇宙图景：时空或许源于纠缠。

长久以来，物理学家们一直纠结于一个问题：我们的空间到底是怎么来的？为什么空间是连在一起的，而不是一堆离散的碎片？

现在，一个惊人的答案似乎浮出水面：也许是量子纠缠，像针线一样，把空间缝合在了一起。

在某些极其特殊、对称性很高的纠缠态下，理论计算显示，这种纠缠可以在几何上表现为类似虫洞的结构。这些虫洞交织在一起，就像无数根丝线，织成了我们所看到的、平滑的、连续的时空结构。

我们眼中的宏观世界、引力、空间几何，很可能只是微观量子纠缠的一种“涌现”现象。就像热力学中的“温度”其实是微观分子运动的统计结果一样，“引力”和“时空”其实是量子纠缠的宏观表现。

假如 ER=EPR 是对的，就能解释为什么爱因斯坦当年怎么也搞不定“统一场论”。因为他一直试图把量子力学塞进广义相对论的框架里。但真实的情况可能恰恰相反：广义相对论（时空几何），本质上可能是量子力学（量子纠缠）生出来的“孩子”。

ER = EPR，这个简洁的公式，就像一道闪电，照亮了物理学最幽深的峡谷，试图将 1935 年爱因斯坦留下的两块最大的拼图，完美地拼合在一起。爱因斯坦如果泉下有知，不知道是会因为自己的理论被这样玩而气晕过去，还是会因为看到这种大统一的美感而欣慰地笑。说实话，我也不知道。

需要强调的是，直到今天，ER = EPR 仍然只是一个高度理想化的理论猜想。它诞生于极端简化的模型之中，依赖于强对称性、强耦合以及全息对偶等假设，目前既没有实验验证，也远未形成统一共识。

在现实的宇宙中，我们尚不知道自然界是否真的存在可被观测的虫洞，更无法确认纠缠是否一定能够几何化为时空结构。ER = EPR 更像是一盏探照灯，它未必指明了终点，但至少照亮了一条此前从未有人认真走过的方向。

我只是想再三提醒您，不知不觉，你已经跟着我走到了当今理论物理学的最前沿。这是一片对于任何人类物理学家来说，都是荒凉而未知的领域。在这个领域，甚至都还没有任何一个实验物理学家能踏足一步。所有疯狂的理论都停留在那些只需要纸笔就能进行研究的理论物理学家们的论文中，它们统统没有得到任何实验的证实。物理学家正在这片未知的处女地争吵不休，硝烟正弥漫在战场上，二次黑洞战争还看不到结束的迹象。

ER = EPR 给我们提供了一条通往理解黑洞、量子纠缠乃至整个宇宙本质的可能道路，沿着这条路往前走，或许我们能走进一片新天地，但或许，这是一条死胡同。

无论如何，我都要为在这条道路上探索的物理学家们点赞、喝彩，他们是人类中最伟大的智力探险家，他们每前进一小步，都将为人类在宇宙文明大社会中赢得一块新的奖牌。

虽然，我很遗憾，无法成为探险队的一员，但我怀着无比崇敬的心，愿意用我的余生为你们的探险活动树碑立传，我希望您也能成为探险队员。

让我再带着你回望人类探索黑洞奥秘的历程：

从 1783 年米歇尔在烛光下构想出的那颗模糊的“暗星”，到史瓦西在一战的堑壕中计算出的那个冰冷奇点；从惠勒在讲台上喊出“黑洞”这个名字时的激情，到霍金在轮椅上发现黑洞竟在发出辐射时的震撼；从萨斯坎德在绝望中发起的“黑洞战争”，再到今天，我们站在 ER=EPR 的门槛上，试图用量子纠缠去编织时空的经纬。

这一路走来，我们看到的，不仅仅是物理学理论的更迭，更是一部人类理性的史诗。

黑洞，这个宇宙中最黑暗、最贪婪、最不可一世的怪兽，曾经是我们眼中物理定律的终结者，是吞噬一切意义的深渊。但最终，它却成了照亮物理学前路的最明亮的灯塔。它逼迫我们打破旧有的思维枷锁，逼迫我们将广义相对论的宏大叙事与量子力学的微观幽灵强行融合，逼迫我们去触碰那个宇宙最底层的源代码。

这场持续了半个世纪的“黑洞战争”，没有输家。

霍金输掉了赌局，但他看到了新物理学的风景；萨斯坎德和马尔达西那曾经短暂地赢得了战争，但他们很快又进入了新的未知之境，这两位探险家只不过走在了队伍的最前端，通往更深奥秘的道路才刚刚开始。

在这场战争中，真正胜利的，是科学精神。是那种面对看似坚不可摧的权威（无论是爱因斯坦还是霍金），依然敢于说出“你错了”的勇气；是那种面对大自然设下的逻辑死局，依然敢于在绝望中寻找“第三条路”的智慧。

宇宙或许真的是一个全息的幻象，时空或许真的只是纠缠的投影。但在这个幻象之中，有一样东西是无比真实的，那就是人类仰望星空时的那份好奇，以及试图用理性去丈量无限的那份尊严。

黑洞，是旧物理学的终结者，也是新物理学的缔造者。我们也许永远无法抵达探险的终点，但探索的过程远比已知的结果更有意义。有人说，天文学是无用之学，研究黑洞与现实生活毫无关联，对技术的进步毫无贡献。

我想说，无用之学恰恰是纯科学。好奇心不在乎有用无用，它只在乎是什么，为什么。正因为在人类的历史长河中，始终有一群人，对宇宙、自然、生命充满了好奇，人类才拥有了科学。我们的好奇心驱动着现代天文学，而天文学又推动了数学、物理、工程技术的巨大发展。我不相信，一个对星辰大海失去好奇的民族，能够建成科技强国；我更不相信，一个不热爱仰望星空的文明，能赢得宇宙大社会的尊敬。

继续前进吧，人类，我们的征途是星辰大海！

（系列完结）

后记

当我写下本书的最后一个句号时，心中并没有一种“讲完了”的轻松感，反而多了一分清醒的迟疑。

因为黑洞史，本质上并不是一段已经完成的历史。它更像是一条尚未收束的时间线：一端连着牛顿时代的引力直觉，另一端伸向量子引力尚未成形的未来。我们所能做的，只是在这条线上标出一些路标，记录人类曾经如何在黑暗中摸索前行。

在写作过程中，我一再提醒自己：科普的任务，并不是把未知包装成确定，而是让读者看清“我们究竟不知道什么”。那些最迷人的地方，恰恰不是答案所在，而是问题本身仍然顽固存在的地方。

如果这本书能留下些什么，我希望它不是关于黑洞的结论，而是一种看待科学的方式——一种允许困惑、尊重不确定、并依然愿意继续追问的态度。当然，质疑的前提是逻辑加实证，而不是无条件的质疑。

黑洞也许永远不会向我们完全敞开，但人类试图理解它们的努力，本身就已经构成了文明最值得珍惜的部分。