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第15章 圣芭芭拉之役
1993年一个星期五的下午，其他所有人都回家了。我、约翰·乌格勒姆和拉鲁斯·索拉修斯还坐在我斯坦福的办公室中，吹着微风，喝着拉鲁斯·索拉修斯刚做的咖啡。冰岛人做的咖啡是全世界最浓烈的。据拉鲁斯·索拉修斯所说，这与他们的深夜喝咖啡的习惯有关。
拉鲁斯·索拉修斯（Larus Thorlacius）是一个高个子的冰岛维京人[114]（他说他的祖先不是这些挪威勇士，而是爱尔兰的奴隶）。他刚从普林斯顿大学拿到博士学位，那时是斯坦福的一个博士后。约翰·乌格勒姆（John Uglum）是一个来自得克萨斯的共和党人（他并不热衷宗教，而是一个艾茵·兰德笔下的自由主义者）[115]。他是我的研究生。不论我们政治立场和文化背景有多么不同——我是来自南布朗克斯的信奉自由主义的犹太人[116]——我们是兄弟，而且我们做了很多男人们在一起干的事情：坐下来一起喝咖啡（有时也喝一些比较烈性的饮料），争论政治，讨论黑洞。过了没多久，一个来自新西兰的名叫阿曼达·佩特（Amanda Peet）的学生也加入了我们的“兄弟连”[117]，我们的成员增加到了3个兄弟1个姊妹。
到了1993年，黑洞不仅进入了许多物理学家的视野，而且也成了大家感兴趣的焦点。部分原因是一年半之前的一篇论文，这篇由4位美国物理学家撰写的论文，激起了人们对黑洞的兴趣。柯特·卡兰（Curt Callan），一个普林斯顿的精英，是基本粒子物理界的一位领军人物，也是20世纪60年代以后美国科学界一位颇具影响力的人物。（他是索拉修斯的博士生导师）安迪·斯特鲁明格（Andy Strominger）和史蒂夫·吉丁斯（Steve Giddings）是两个年轻的正崭露头角的加州大学圣芭芭拉分校的教员。在我印象中那时两人的区别是：吉丁斯穿的是短裤，斯特鲁明格穿的是背带裤。芝加哥大学的杰夫·哈维（Jeff Harvey）是一个伟大的物理学家，一位才华横溢的作曲家（参见第24章结尾部分），还是一个单口相声演员。他们几个一起被称为是CGHS，他们所写的那个简化版本的黑洞被称为CGHS黑洞。他们的文章在当时引起了一阵短暂的轰动，部分原因在于他们声称最终解决了黑洞蒸发中的信息丢失问题。
为什么CGHS理论那么简单呢？回过头来看，这种简单化是带欺骗性的，因为它所述的宇宙的空间部分只有一维。这个世界甚至要比埃德温·艾博特（Edwin Abbott）虚构的平地二维世界还要简单[118]。在CGHS所构想的宇宙中生物生活在一条无穷细的线上。这些生物简单至极：仅仅是一些单个的基本粒子。在这个一维宇宙的尽头是一个质量极大、密度极高的黑洞，任何靠它太近的东西都不能逃出它的“捕获”。
CGHS所写的文章在数学上极其优美地分析了霍金辐射，但是在分析过程中，他们犯了一个错误。他们宣称量子力学消去了奇点及其相关的视界。有些人指出了其中的错误，我和索拉修斯以及我们的同伴乔治·鲁索（Jorge Russo）也在其中。这使得我们团队对CGHS黑洞颇为精通。（甚至有一个CGHS理论的特别版本，被称为RST模型，以我们三个人的首字母命名。）
在那个星期五，我、乌格勒姆和索拉修斯在下班之后坐在一起是为了一个即将到来的专门关于黑洞难题和佯谬的会议。这个会议将在几周后的位于圣芭芭拉的加州大学圣芭芭拉分校的理论物理研究所（ITP）召开[119]。ITP究竟是多棒的一个物理研究所呢？简单回答就是确实好。在1993年的时候，它已经是黑洞研究的一个活跃的中心。
詹姆斯·哈特尔（James Hartle）是UCSB中最为资深的黑洞专家。吉姆是一个非常著名的学界元老[120]，他曾与霍金在量子引力未走红的时候共同完成了一些开创性的工作。而物理系中有四位年轻的成员，他们都将在这场黑洞的战争中起重要作用。这4个年轻人当时都是30多岁，极其活跃。你们已经认识了吉丁斯和斯特鲁明格（CGHS中的G和S）。虽然他们都是我很欣赏的朋友，但在接下来的两年中他们是令人恼怒的对手。他们对那些错误想法的过分执着常常搅乱我的思维。然而，最终他们却自救了。
加里·霍洛维茨（Gary Horowitz）是UCSB中第三个年轻的教员。霍洛维茨是一个广义相对论的专家，一位相对论学家。他那时已经是该领域中一位杰出的领军人物。他也曾跟霍金有过紧密的合作，对黑洞的了解也不比任何人逊色。最后一位是乔·波尔钦斯基（Joe Polchinski），那时他刚刚从得克萨斯大学转到圣芭芭拉。乔曾和我合作过许多课题，我对他颇为了解。虽然我觉得他很易于相处、具有真正的幽默感，但是我常常对他的思维力量和思维速度以及他的卓越才华感到敬畏。从我们最早认识的那时起——当时乔25岁左右，我40岁——我就很确定他将来必定会成为他那个时代中最伟大的理论物理学家。他没有让我失望。
这帮杰出的年轻物理学家紧密地抱成一团。有时候他们的课题是黑洞，有时候是弦论。凭借他们卓越的才华，这个紧密的小团体成了理论物理学界一股非常强大的力量。这也使得圣芭芭拉成了即使不是唯一，也是一个最适合理论物理学家工作的乐园（即使不是那个唯一的乐园）。毋庸置疑，圣芭芭拉的关于黑洞的会议将会成为一个重要的事件。
这次会议大概是为了激情赞美已发表的CGHS论文而举办。人们希望CGHS所发明的数学工具里蕴藏着解决当时被称为信息佯谬（information paradox）的钥匙。会议的主办者邀请我能做一个关于我、索拉修斯和乔治·鲁索在斯坦福所做工作的报告。所以我们才在那个星期五的晚上在那儿讨论我应该说些什么。
也许是这杯具有超级咖啡因的咖啡，或者是雄性荷尔蒙在体内的澎湃，抑或是三个火枪手战友情谊的作用，我对乌格勒姆和索拉修斯说：“见鬼，我不想说关于CGHS和RST。它们不会有前途[121]。我想我们应该行动起来，彻底改变我们原来的想法。让我们冒回险，讲一些大胆的话来吸引他们真正的注意。”
我们三人在寻求霍金的矛盾结论的出路已经有一段时间了，一个想法慢慢开始形成。这只是一个模糊的想法，甚至没有名字，但是现在却是行动的时候了。
我认为我们三个应该一起把我们那些不成熟想法的碎片整理起来，即使我们不能证明它，也要让它变得更加确切一点。只是给一个新概念命名，有时候也会使问题清晰。我提议我们写一篇关于黑洞互补性原理的文章，而且我会在圣芭芭拉的会议上宣布这个全新的想法。
“不要忘了服用你的反重力药片”（见第13章）是用来解释我脑中所想东西的很好的起点。就像黑泽明的电影《罗生门》，这是一个不同参与者眼中所看到的故事，一个结论完全矛盾的故事。在皇帝和伯爵的版本中，那个被迫害的物理学家史蒂夫毁灭了，他被包围视界的难以置信的高温给摧毁了。按照史蒂夫的看法，故事的结局完全不同，而且要美好得多。很显然，如果这两个版本不都是真实的，那么其中一个必定是错的，史蒂夫不可能既活下来又被杀死在视界附近。
我对我的同伴们说：“尽管听起来那么疯狂，黑洞互补性原理的重点在于两种版本都是同样真实的。”
我的两个朋友觉得很困惑。我不记得后来我具体讲了什么，但肯定是类似下面这些话。黑洞外面的每一个人，包括伯爵、皇帝以及皇帝那些忠诚的子民，大家所看到的事情都是相同的[122]：史蒂夫被加热、蒸发变成了霍金辐射。而且这一切都发生在他到达视界之前。
我们怎样理解这件事？我想唯一能够与物理学规律相符的办法，就是假设在视界的上面存在着某种超热表层，其厚度很可能不大于一个普朗克长度。我向乌格勒姆和索拉修斯承认我并不确切地知道这个表层是由什么构成的，但是我解释说，黑洞的熵意味着这个表层必定由一些微小的客体组成，这些客体的大小很可能不超过普朗克长度。这个炙热表层会吸收任何掉在视界上面的东西，就像一滴滴溶解在水中的墨水一样。我记得当时把这种不知名的小物体叫做视界原子，当然我说的并不是普通的原子。我对于这些原子的了解不比19世纪那些物理学家对普通原子的了解多，唯一知道的就是它们确实存在。
这个炙热的表层需要一个名字。天体物理学家已经发明了这样一个名字，我最终采纳了它。他们想象有一个膜包裹在黑洞视界表面，并用此来分析黑洞的某些电特性。天体物理学家们把这个假想的表面叫做延伸视界，但是我提出的是一个实在的表层，而不是一个想象的表面，其位于视界上面的厚度为普朗克长度。而且我声称任何实验都可以证实视界原子的存在[123]，例如，可以放下温度计测量视界原子的温度。
一听到延伸视界这个名字我就很喜欢，采用它也是出于我自己的一些目的。今天延伸视界已经是黑洞物理学中的一个标准概念了。它的意思就是位于视界表面厚度为一个普朗克长度的、由炙热的微观“自由度”构成的薄层。
这个延伸视界可以帮助我们理解黑洞是如何蒸发的。某一个活跃的视界原子中的一个常常受到略大于通常情况的撞击而脱离表面飞向外部空间。你可以把延伸视界粗略地看成一个薄而炙热的大气层。在这个意义上，关于黑洞蒸发的描述就与地球大气逐步蒸发到外太空的方式极为相似。而且因为黑洞在蒸发时会损失质量，所以它必定还将收缩。
但是到这里故事只讲了一半——从黑洞外部看到的一半。就这一半自身而言并没有什么特别的地方。有东西掉进了热的汤里面，热汤蒸发，信息被蒸发物带走了。这一切都很正常。如果我谈论的不是黑洞，是其他任意事物，那么这样的解释就不足为奇。
那么从内部看会是怎样的呢，或者更精确点说就是一个自由下落的观测者看到的是什么？我们可以称它为史蒂夫的版本。它似乎与来自外部的描述（皇帝和伯爵的版本）矛盾。
我提出了两个假设。
对于任何在黑洞外部的观测者，延伸视界看起来就像是一个由视界原子构成的炎热表层。它吸收了掉在黑洞表面的每一比特信息，并带着它们“持球跑进”且最终把它们发射出去（以霍金辐射的方式）。
对于一个自由下落的观测者，视界看起来就是一个空无一物的地方。虽然对于他们来说那是一个一去不复返点，但是他们在视界附近并没有发现任何特别之处。在很久以后才会遇到摧毁性的环境，那时他们已经离奇点非常近了。
虽然加上这第三条假设有点多余，但是无论如何我还是加了。
假设1和假设2都是正确的，而且这个表面的矛盾并不是真实的。
索拉修斯对此表示怀疑。他问道，两个矛盾的阐述怎么可能都是真的呢？掉向黑洞的史蒂夫在视界上丧生了，而同时他又存活了百万年，这在逻辑上是矛盾的。基本的逻辑表明一种情形与相反的情形不可能同时真实地发生。实际上，我也在问自己同样的问题。
以前斯坦福大学物理系的二楼陈列着一个全息图像。光投射到一个带有细小明暗光点随机分布样式的二维胶片上并被反射，然后聚焦在空中形成一个飘浮的三维图像，在你走过时这位年轻的性感女性会向你抛媚眼。
你可以绕着这个虚拟的图像走一段，并从不同的角度观察她。我、索拉修斯和乌格勒姆在经过这个全息图时常常特别留意。当时我对索拉修斯开玩笑说黑洞表面，也就是说视界，肯定是一幅全息图，一张关于黑洞内部所有三维事物的二维胶片。索拉修斯并不赞同。在那个时候，我也不能深刻理解。实际上，我确实难以找到我讲话的意义。但是我一直在继续思考并得到了一些更为严格的答案。物理学是一门实验和观测的科学，当所有的脑海景象都抽走后[124]，剩下的只是一堆实验数据以及用于总结数据的数学方程。两个脑海景象的差异并不意味着一个真正的矛盾。与我们试图了解的实在相比，人们的思维图像与我们以往进化所形成的桎梏更为密切。只有当实验得出矛盾的结果时，真正的矛盾才会出现。例如，如果两支相同的温度计都被插入同一壶热水中而他们得到的温度却不相同，这样的结果是我们无法接受的，我们会认为其中一支温度计坏了。脑海景象在物理学中有其自身的价值，但如果它们导致了实验数据中并不存在的矛盾，那么这个图像不是一个正确的图像。
如果我们假设史蒂夫和伯爵的这两种黑洞的阐述都是真实的，我们就能够揭露一个真正的矛盾吗？要查明一个矛盾，两个观测者就必须在实验结束的时候走到一起比较实验记录。如果一个观测者是在视界里面观测的，而另一个观测者则没有穿过黑洞视界，那么根据视界的定义，他们不能走到一起比较实验数据。所以这里不存在真正的矛盾——只有一个糟糕的脑海景象。
乌格勒姆问霍金会有怎样的回应。我的答案是：“哦，霍金会微笑。”最后证明我是对的。
互补性原理
互补性原理这个词是由传奇的量子力学领袖尼尔斯·玻尔引入物理学的。玻尔和爱因斯坦是朋友，但是他们对于量子力学中的佯谬和表观矛盾争论不休。爱因斯坦是真正的量子力学之父，但是他逐渐对这个领域产生了厌恶。他试图用他那无可匹敌的智力寻找量子力学逻辑基础的漏洞。爱因斯坦一次次认为他已经找到了矛盾，而玻尔一次次地用互补性原理作为他自己的武器进行反击。
作为一种解决佯谬的方法，我用互补性原理来描述量子黑洞并非偶然。在20世纪20年代，量子力学领域中遍布了各种表观矛盾。其中一个就是那个未被解决的关于光的争论：它是波，还是粒子？有些时候它的行为表现为这样的方式，而在其他时候它又以相反的方式出现。说光既是波又是粒子是荒谬的。我们怎么才能知道何时使用粒子方程，又何时使用波方程？
另一个难题：我们认为粒子是一些占据了一定空间位置的微小客体。粒子可以从一点移动到另一点。为了描述它们的运动，我们必须确定它们的移动速度以及它们移动的方向。差不多根据定义，我们就能知道粒子具有位置和速度。但是，不！用一种看起来没有逻辑的逻辑，海森伯的不确定性原理坚持认为位置和速度并不能同时被确定。这又是一派胡言。
这些非常奇怪的事情发生了。看来理性被扔到了爪哇国。当然在实验数据中并没有真正的矛盾，每一个实验都有一个确定的结果，刻度盘的一个读数，一个数字。但是脑海景象中有些东西是错了。我们脑中所装备的关于实在的模型，无法抓住光的特性或粒子运动的那种不确定的方式。
我自己关于黑洞佯谬的观点与玻尔关于量子力学佯谬的观点是一样的。在物理学中，只有导致不一致的实验结果的矛盾才是矛盾。玻尔坚持要求用字精准。如果用字含糊不清，那么它们有时会导致出现原本没有的矛盾。
互补性原理是关于一个简单的字“和”的误用。“光是波，和光是粒子。”“粒子有位置和速度。”实际上，玻尔说，去掉“和”，并改用“或”：“光是波，或光是粒子。”“粒子具有位置或速度。”
玻尔的意思就是在某些实验中光表现得像一群粒子，而另一些实验中则表现得像波。并没有一个实验中光同时会表现出两种特性。如果你测量波的特征——例如沿着波传播方向的电场值——你会得到一个结果。如果你测量粒子特性，例如在极低光强下光束中光子的位置，你也会得到结果。但是不要在测量粒子特性的时候尝试去测量其波的特性。这两样东西相互排斥。你可以测量的是波的特性或者粒子的特性。玻尔说不论是波还是粒子都不是光的完备描述，但是他们是互补的。
对于位置和速度来说也是一样。有些实验能敏锐地感受到电子的位置——比如说，电子撞击电视屏并使其发光的那个点的位置。另一些实验则能敏锐地感受到速度——例如，当电子穿过磁场时电子轨迹的弯曲程度。但是没有实验可以同时灵敏地感受到这个电子的精确位置和速度。
海森伯的显微镜
但是为什么我们不能同时测量一个粒子的位置和速度呢？确定一个物体的速度就需要在连续的两个瞬间测量位置并观察其间移动了多大。如果有可能对一个粒子的位置进行一次测量，那么当然可以测量两次。这看起来与前面所说的位置和速度不能同时被测量相矛盾。从字面上来看，海森伯似乎是在胡说八道。
在解释互补性原理的各种方式中，海森伯用的策略是其中一个极为出色的例子，它让互补性原理变得很容易接受。和爱因斯坦一样，他也成了一个思想实验者。他问道，一个人是如何切实着手测定一个电子的位置和速度呢？
首先，他认识到他必须在不同的两个时刻测量位置以得到速度。而且，他对电子位置的测量必须不干扰其运动，否则干扰会使对原来速度的测量失效。
最直接的测量物体位置的方式就是观察。换句话说就是，光投射到物体上被反射，我们可以根据反射光推断出物体的位置。实际上，我们的眼睛和大脑有一套内置的线路，专门用来根据眼睛视网膜上的图像判断物体的位置。这是进化所导致的那些物理学能力中的一种硬装备。
海森伯设想自己在一个显微镜下面观察电子。
他的想法是用一束光轻轻地去碰一下电子——而不是撞击、不改变电子的速度——然后使该光束聚焦并形成图像。但是海森伯发现被光的特性给困住了。首先，单个电子对光的散射涉及的是电磁辐射的粒子理论。对于海森伯来说撞击电子最轻的方式就是只用单个光子，而且必须是一个非常轻的光子——能量极低的光子。如果用一个能量较高的光子去碰撞电子，那么会产生急冲，这是他想避免而不愿看到的。
所有由波构建的图像，本质上都是模糊的，而且是波长越长图像越模糊。在各个波段中，无线电波的波长最长，至少有30厘米长。无线电波可以勾勒出天文物体的精确图像，但是如果你用它来作一幅肖像，那么你得到的图像必定是模糊不清的。
微波的波长仅次于无线电波。一幅由波长为10厘米的微波聚焦而得的肖像仍然是很模糊的以至于看不到任何的特征。但是当波长缩短到几厘米时，鼻子、眼睛和嘴巴就开始显现出来。
规律很简单：成像的清晰程度取决于形成图像的波的波长。脸部特征的尺度只有几厘米，只有波长达到那么小的时候那些特征才变得清晰起来。当波长变为1/10厘米时，脸就会变得比较清晰，虽然肖像还是可能会遗漏一些脸上的小疙瘩。
假设海森伯想要照一幅关于电子的清晰的图像以得到精度1微米下电子的位置[125]，那他必须使用波长短于1微米的光。
现在开始设置一个圈套。回忆我们前面第4章中所提到的，光子的波长越短，其能量就越大。例如，单个无线电波光子的能量很小，作用在一个原子上面几乎没什么反应。相反的，一个波长为1微米的光子就有足够能量可以把电子撞到更高能态的量子轨道上。一个紫外光子，其波长约为前者的1/10，它有足够的能量把电子撞飞出原子。因此海森伯被套住了。如果他想很精确地确定电子的位置，就必须付出代价。他必须用能量极高的光子去撞击它，而这个撞击会使得电子随机地改变自己的运动方式。如果他用一个低能量的光子轻轻地撞击，那么他将会得到一个关于电子位置的非常模糊的图像。这真是一件令人左右为难的事情。
你可能在想，我有没有可能测量电子的速度呢？答案是可以测量的。你所要做的就是测量两次位置，但是精度只能很低。例如，你可以用一个长波光子得到一幅非常模糊的图像，然后隔很长时间后再做一次。通过测量这两幅模糊的图像，我们有可能可以精确地确定其速度，但是付出的昂贵代价就是位置的精确程度。
海森伯想不出什么可以让他同时确定电子位置和速度的办法。我想那时的他，当然还有他的导师玻尔开始思考假设一个电子同时具有位置和速度是否合理。根据玻尔的哲学，人们要么把电子说成是有位置的，其位置可以用一个短波光子来精确测量，要么就把它说成是有速度的，其速度可以用一个长波光子来测量速度，但是这长与短不能同时兼备。对于一种特性的测量会排斥对另一种特性的测量。玻尔是这么解释的，他认为位置和速度是电子互补的两个方面。当然海森伯的论证并不是特别针对电子的，同样可以是质子、原子或是保龄球。
那个关于伯爵、皇帝和史蒂夫的故事看起来是矛盾的，但是这种矛盾只是表面上的。在视界内部寻找1比特信息和同时在视界外部寻找它是相互排斥的，就像测量位置和速度是相互排斥一样。没有人能够同时待在视界后面和前面。至少这就是我想在圣芭芭拉上想说的。
圣芭芭拉
黑洞是真实的。宇宙中充满了黑洞，它们是某种最为绚丽和狂暴的天体。但是在1993年的圣芭芭拉会议上，大部分的物理学家对天文学上的黑洞并不是特别有兴趣。关注的中心是思想实验，而不是望远镜观测。信息佯谬最终高歌猛进，进入了人们的视线。
这次会议规模并不大，大概总共有100人参加。当我走进会议厅时，我看见许多我认识的人。霍金坐在他的轮椅上，远远地待在一边。雅各比·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）坐在听众席的中间，我以前从没有见过他。当地团队中的史蒂夫·吉丁斯、乔·波尔钦斯基，安迪·斯特鲁明格和加里·霍罗维茨坐在显眼的地方。他们在后来的革命中扮演了重要的角色，但是这时他们还是敌人，是信息丢失那一派中迷惘的步兵。赫拉德·特霍夫特坐在前排的右侧，已经为战斗做好了准备。
霍金的演讲
下面是我对霍金那次报告的回忆。霍金无力地坐在他的轮椅中，头部的重量压得他的脖子挺不起来，这时大家都安静地翘首以待。他坐在报告台的右侧，在那里他可以看到房间前方硕大的投影屏，同时也可以审视到全场听众。那时霍金已经丧失了用他自己的声带说话的能力。他通过他的电子声，把他事先准备好的录音播送出来，同时一个助手在后面操控着投影仪。投影仪与播放的录音是同步的。我在想他为什么非得坐在那儿呢？
尽管是机器声，但是他的嗓音还是充满了个人特色的。他的微笑告诉我们，他胸有成竹且极端自信。霍金的不可思议之处在于：他那动弹不了的脆弱身体是如何给沉闷乏味的演讲注入了勃勃生机的呢！霍金的脸上散发着罕有的磁性和魅力。
这个报告本身并没有什么令人难忘的地方，至少从内容上来说是这样的。霍金讲了他计划要讲的——也是我不打算讲的——CGHS理论以及CGHS为什么会失败（他大方地承认是RST发现了这个错误）。他主要的内容是：如果你正确地使用CGHS的数学，那么得到的结果将支持他关于信息不能从黑洞被辐射出去的理论。对于霍金而言，CGHS告诉他的是，这个理论的数学恰恰证明了他的观点。对我而言，它告诉我的不仅是脑海景象有缺陷，而且量子引力的数学基础也有缺陷，至少CGHS所包含的那部分，是不自洽的。
霍金的报告中最特别的地方就是紧接着的问答部分。一个会议的组织者走上台向听众征求问题。一般提的问题都是技术性的，有些时候极其冗长，以显示提问者知道他所讲的东西。但是这时整个会场一片死寂。100个追随者犹如安静得出奇的大教堂中的缄默的修道士。那时霍金正在写他的答案。他与外界世界交流的方式令人惊讶。他不能说话也不能举起他的手来比划出手语。他的肌肉严重萎缩，不能使出任何力气。他既没有力气也无法协调手指在键盘上打字。如果我没记错的话，那时他是通过对一支控制棒施加微弱的压力来进行交流。[126]
他的轮椅扶手上装有一个小的电脑显示屏，一系列的电子词汇和字母接连不断地从屏幕上闪过。霍金从里面一个个地挑选出来并把他们存在电脑中，这样来组成一两句句子。这个过程可能会用上10分钟。在这位神谕使者写他的答案的时候，整个会场安静得像个地下室[127]。所有的讨论都停止了，人们悬着心期盼着。最终给出的答案：可能仅仅是简单的一两句话，或者干脆用是或非来回答。
我曾看到过这样一幕的发生，一次是在一个有100名物理学家的房间里，一次是在一个有5000名观众的小型体育馆里，其中还包括南美的一个总统、军队的总参谋长以及一些高级将领。我对于这种异常安静的反应既觉得好玩又感到愤怒（为什么我的时间要被浪费在这个闹剧上）。我在心里一直想要弄出点声响，哪怕仅与邻座说说话也好，尽管我未能付诸实施。
是什么使得霍金有这样的专注力，让他能够宣示上帝和宇宙最深奥秘密的神谕呢？霍金是一个傲慢的人，满脑子都是他自己，极端地以自我为中心。但是我认识的人中有一半以上都是如此，包括我自己，这个问题的部分答案我想在于这位摆脱了肉体束缚乘着轮椅在宇宙中翱翔的智者，个人所具有的魔力和神秘。但是另外部分原因在于理论物理界是一个小圈子，里面的人相互都已经认识许多年。对我们中的很多人来说，这是一个大家庭，而霍金是这个家庭中深受爱戴和尊敬的一员，即使他有时让人感到沮丧和厌恶。我们都知道除了这种沉闷冗长的方式，他没有其他的办法来传达信息。因为我们重视他的观点，所以我们安静地坐在那里等待着。我认为也可能是霍金在写答案的过程中思想高度集中，以至于他未能意识到身边那种不寻常的安静。
正如我所说的，这个报告并没有什么可值得记住的。霍金重申了他往常的观点：信息进了黑洞并且永远不会出来。等到黑洞完全蒸发后，它们将全部消失。
赫拉德·特霍夫特紧跟着马上站了起来。他也是一位在物理学界广受推崇的人，一位具有超凡魅力的人。特霍夫特台风极佳，他的威望使人肃然起敬。虽然他不容易被理解，但是他没有霍金那种神谕使者般的神秘。他是一位直率而睿智的荷兰人。
特霍夫特的报告永远充满了有趣的东西。他喜欢用肢体语言来解释观点，而且他知道如何做出漂亮的示意图。过了这些年，我还能回忆起他为演示黑洞视界而制作的一个视频。一个球面上随机地覆盖着黑或白的像素点。当视频开始播放后，像素点开始由黑到白和由白到黑地闪烁。画面就好像是坏了的电视机屏幕上的“雪花点”。显然，这表明特霍夫特的想法与我的类似，也认为存在着一层活跃的快速变化的视界原子，它们构成了黑洞的熵。（我期待他兼具我的呐喊，给出他关于黑洞互补性原理的版本，但是如果他还正在思考这个东西，他是不会着重讲的。）
特霍夫特是一位极其深刻而且具有创造力的思考者。与许多非常具有创造力的人一样，他的报告通常也很难被人理解。在他的报告结束之后，有部分听众走了。这并不是因为他的报告太无聊——完全不是那样——而是他们不懂他的逻辑。记住，黑洞的视界应该是一个空无一物的地方，而不是一个坏了的电视机屏幕。
总的来说，我怀疑他俩并没有改变人们关于黑洞中信息的命运的任何想法。没有人对听众进行投票调查，但是我猜测那时有2/3的人倾向于霍金。
值得注意的是，我发现其余听众中的绝大多数都顽固地拒绝接受这个佯谬的正确答案。大部分报告都提及了3种可能的答案。
1.信息从霍金辐射中跑出来了。
2.信息丢失了。
3.信息最终留在了黑洞蒸发完后剩下的某种微小的残留物中。（这种残留物通常比普朗克尺度小也比普朗克质量轻。）
一个接一个的报告不断重复着这3种可能性，但是第一种可能性马上被否决了。大部分的报告者一致认为要么像霍金所主张的那样信息丢失了，要么难以计数的大量信息被隐匿在了某些微小的残留物中。可能还有一些人拥护婴儿宇宙，但是我记不起来了。除了特霍夫特和其他几个人之外，几乎没有人相信那些关于信息和熵的常规的定律。
如果还有人坚信这些，那么唐·佩吉（Don Page）必定是第一人。佩吉是一个大大咧咧却和蔼可亲同时又有着大胃口的阿拉斯加人。好动，嗓门洪亮且极其热情，在我看来，佩吉就像一个活的矛盾体。他是一个出色的物理学家，思考极其深刻。他对量子场论、概率理论、信息、黑洞以及科学知识的基础的认识让人印象极其深刻。他还是一个福音派的基督徒[128]。有一次他花了一个多小时用数学向我论证耶稣是上帝儿子的概率超过96%。但是他的物理和数学不含任何意识形态并且是超群的[129]。他的工作对我关于黑洞甚至整个领域的思考都产生了深远的影响。
在他的报告中，佩吉重申了这3种可能性，但是与其他人相比他并不太愿意否认第一种可能性。我的感觉是他确实认为黑洞与自然界中其他物体一样，遵从惯常的规律：信息应该从蒸发中泄露出来。但是他不知道如何将这条规律与等效原理相调和。信息可以从开水壶中逃逸出来，但是当时的物理学家们对信息以同样的方式从霍金辐射中泄露出来十分厌恶。
黑洞互补性原理
黑洞战争进入了僵局。两边都不能占到优势。实际上，浓雾笼罩着这场战争，彼此很难看清对方。除了霍金和特霍夫特以外，我所看到的只是一群摇摆不定，疲劳而迷惘的士兵。
那天，我的演讲被安排在晚一些时候。我感觉就像夏洛克·福尔摩斯对华生说的那样，“当你排除了所有不可能性的时候，不论剩下的是什么，不论多不合理，它一定就是真相”的时候一样。终于等到我报告的时候，我感觉所有东西都被排除了，只剩下一种可能性——从表面上看起来它是那么的不合理甚至是愚蠢的。然而，尽管黑洞互补性原理是如此荒谬，但是它必定是对的。其他的选择都是不可能的。
“我不在乎你们是否同意我所说的。我只是希望你们能记住我所说的。”这就是我的开场白，14年后的今天，我仍然还记得。然后我用物理的专业术语，勾勒出史蒂夫故事本质的两种相互矛盾的结论。“很明显，至少其中一个结果必定是错的，因为他们所讲的是相反的。”但是我接着说道：“然而，我将告诉你们一件不可能的事：这两个故事都不是假的，他们都是真实的——以一种互补的方式。”
在解释完玻尔如何使用互补性原理这个术语后，我论证道，在黑洞这个情形中，实验者面临一个选择：是留在黑洞外面并从视界的安全的那一侧记录数据呢，还是跳进黑洞从内部进行观测。“你不可能同时在外面又在内部。”我强调着说。[130]
想象有一个寄往你家的包裹。一个路过的朋友看到邮递员因无法投递包裹而打算将其装回邮车。与此同时，你（当时正在家中）听到了敲门声开了门并从邮递员手里接过了包裹。我想我有充分的理由说，看到的两种观察情况不可能都是真实的。有些人困惑了。
为什么黑洞就不一样呢？我觉得我们应该继续邮包的故事。从专业术语和数学符号翻译过来后，故事大体上是这样发展的：那天晚些时候，你离开了你的房子，去咖啡馆与你的朋友碰面。他说：“我先前路过你的房子，看见一个邮递员正在投送包裹。但是敲门没人应答，所以他把包裹装回了邮车。”“不，你弄错了，”你说道，“他确实把包裹送到了，是我从商品目录册上订的一套新衣服。”很显然，矛盾出现了。两个观测者了解到的东西发生了矛盾。实际上，这并不需要你人离开房子来揭示这个矛盾，通过电话交谈也可以揭示同样的矛盾。
但是黑洞的视界与你房子的入口通道有着根本的不同。你可能会说它是一个单向的门：只准进，不准出。根据视界的定义，没有信息可以从黑洞里面传到外面。视界外部的观测者与视界内部任何人和物的联系是被永久隔绝的，这不是通过一堵很厚的墙，而是通过物理学的基本规律。导致矛盾的最后一步——把人们声称不一致的两个观测结合得到一个观测事实——这在物理上是不可能实现的。
我本来想要再加一些哲学上的评论，关于进化是如何赋予人类脑海景象，在我们面对山洞、帐篷、房子和门的时候来指导我们的行动，但又是如何在面对黑洞和视界的时候误导我们的。然而并没有人会在意这些评论。物理学家想知道事实、方程和数据——不是哲学和关于进化论的通俗心理学。
在我作报告的时候霍金一直在微笑，但我想他并不同意我说的。
接着我用掉进一壶水里的墨水滴作为类比，阐明延伸视界是如何吸收信息然后如何带着这些信息“持球跑进”的，以及最终如何像水从水壶中蒸发一样从霍金辐射中被带走的。对于在黑洞外部的任何观测者而言，这是非常普通的一件事——黑洞和浴缸并不是那么的不同，至少我是那么认为的。
听众们开始骚动，有人试着举手反对。他们知道信息是如何从浴缸蒸发的，但是他们忽略了一些东西：那个掉进黑洞的人的情况。当他到达延伸视界时，他顿时就被弄湿了吗？这会不会破坏了等效原理呢？
我接着讲我的后半个故事：“对于任何一个掉进黑洞的人来说，视界看起来就是一个普通的没有任何东西的地方。没有延伸视界，没有热得难以置信的微观物体，没有沸腾的延伸视界，没有任何不寻常的东西：只是一个空无一物的地方。”我又接着解释为什么我们观测不到任何矛盾。
我并不确定霍金是否还在微笑。但是就我后来了解到，听众中的大多数相对论学家认为我一定是疯了。
很显然，即使在报告过程中，我已经引起了听众的注意。有时会显得尖刻的特霍夫特坐在前排皱眉、蹙额并摇着头。我知道，他应该是在场所有人中最理解我所说的人。而且我知道他是赞同的，但是他想用他自己特有的方式来讲。
我最感兴趣的是圣芭芭拉的那些人——吉丁斯、霍罗维茨、斯特鲁明格，特别是波尔钦斯基的反应是什么。我从台上看不到任何反应，但是后来我发现他们并没有被我的报告所打动。
有两个听众对此表示赞成。在我报告结束之后吃午饭的时候，学校的自助餐厅里，约翰·普雷斯基尔（John Preskill）和唐·佩吉走过来坐在我身边。好动的佩吉的托盘里面放了一大堆食物，多得让人吃惊，其中包括三份大甜点。（很明显这就是他的能量之源。）佩吉讲话大声而富有激情，但是他却是一个很好的听众，而且那天他正处于倾听模式。我知道他喜欢这个想法：在处理信息问题的时候，黑洞或多或少与普通的物质相似。他在他的充满活力的讲话中已经公开表明了这点。
相比之下，普雷斯基尔则要内敛一些，但是并不陈腐古板。普雷斯基尔身材瘦长结实并具有某种辛辣的幽默感，他与乔·波尔钦斯基年龄差不多，那时是加州理工学院的教授。20世纪最伟大的物理学家中有两位，默里·盖尔曼和迪克·费曼，都曾在加州理工学院工作。普雷斯基尔也是一位广受推崇的物理学家，以心直口快出名。与悉尼·科尔曼一样，普雷斯基尔的思路很清晰，这也使得他的言辞尤为可信。同普雷斯基尔的谈话一向都令我满意。那天的谈话是具有启发性的，但是在我解释之前，我必须得告诉你一些关于黑洞互补性原理的东西。
用海森伯的显微镜看视界
一个氢原子掉进了一个巨型黑洞。首先会想到一幅质朴的图像：这个微小的原子沿着一条轨道毫发无损地穿过了视界。在经典物理中，一个原子在一个被精确定义的跟原子自身差不多大小的点穿越视界。这似乎是正确的，因为根据等效原理，在氢原子穿过这个一去不复返点的时候应该不会有任何剧烈的反应。
但是这太幼稚了。根据黑洞互补性原理，观测者从外部看到的是这个原子进入一个炙热的表层（延伸视界），就像一个粒子掉进一壶滚烫的水中一样。当这个粒子掉入热质中之后，它的每一侧都被能量自由度猛烈地轰击着。起初从它左面撞击，接着是上面，然后又是左面，接着再是右面。它蹒跚摇摆着就像一个喝醉的水手。这种布朗运动被恰当地称为随机游动。
当一个原子掉入构成延伸视界的那些炙热的自由度之中，它将会做一模一样的事情：在整个视界上蹒跚行走。
但是这样说有点过于简化。延伸视界温度极高，原子会被炸开——即被电离，这是一个专业术语——而电子和质子就会单独地在视界上摇晃着走动。电子和夸克甚至也可能被撕裂成更基本的组成部分。注意，这一切都应该在原子即将穿过视界还未穿过的时候发生的。我想是佩吉在享用他的第三份甜点时尖锐地提出这是不是意味着互补性原理的麻烦。居然是在原子穿越视界之前，似乎存在着两种关于原子的描述。在一种描述中，原子蹒跚行走于整个视界面上，且在那个时候被电离了。但是在另一种描述中，原子完全不受干扰地下落并直接冲向视界上的那个点。为什么外部的观测者无法观测原子？为什么该观测者会看到原子正发生着剧烈的反应？这将使得黑洞互补性原理最终是错的。
当我刚开始解释的时候，我发现普雷斯基尔显然已经考虑过了这个问题并得到了跟我一样的结论。首先我们都注意到了原子只有达到视界附近温度为100 000度的点时才会被电离。它仅发生在离视界非常近的位置，大约只有百万分之一厘米的距离。那里是我们来观测电子的地方。这听起来不是十分困难，百万分之一厘米并不是那么小。
海森伯会怎么做呢？答案当然是他会拿出他的显微镜并用波长合适的光来照亮原子。在这里，为了把它从一个厚度为百万分之一厘米的视界表层中分辨出来，他需要一个波长为10-6厘米的光子。通常问题就在这里：波长这么小的光子具有很高的能量；实际上，这些能量足够可以使它在撞击原子的时候电离原子。换句话说，任何证明原子不会被炙热的延伸视界电离的尝试，都会导致原子被电离。讲得更深刻一些就是，我们认为任何观察电子和质子在视界上随机游动的企图，都会将粒子炸掉并把它们散射到视界各处。
在我的印象中，这次讨论并不理想，但是我还记得佩吉非常活跃并用他那极其洪亮的声音高声说，我在称这个想法为互补性原理的时候并不是在开玩笑。这就是玻尔和海森伯谈论的那类东西。实际上，在实验上反驳黑洞互补性原理与反驳不确定性原理非常相似——实验本身造成了那些它要去证伪的不确定性。
当原子离视界更近时，我们讨论了会发生什么。海森伯的显微镜需要使用能量更高的量子。最终，为了追踪在视界表面厚度为普朗克尺度的表层中的原子，我们将必须用比普朗克能量更高的光子去撞击它。没有人知道这样的碰撞会是什么样子。世界上还没有一台加速器能将粒子加速到接近普朗克能量。普雷斯基尔将这个想法总结成了一个原理：
任何关于黑洞互补性原理将导致可观测矛盾的理论证明，将不可避免地依赖于那些关于“超越普朗克尺度物理学”的无根据的假设，换句话说，这就是对一个远远超出我们经验范围的自然作出的假设。
接着普雷斯基尔提出了一个很让我担心的问题。假设有1比特的信息掉入了黑洞。根据我的观点，外部的某个人可以收集霍金辐射并最终还原这1比特信息。但是假设在收集完这1比特信息后，他带着这1比特信息跳进了黑洞。那么在黑洞内部会有这1比特信息的两份拷贝吗？这就好比在你从邮递员那里接收到你的包裹后，你待在家里，而你的朋友进了你家。当两个观察者碰面并比较有关内部的事物时会出现矛盾吗？
普雷斯基尔的问题给了我一记重拳。我没有思考过这样的可能性。如果内部的某人发现了两份同1比特信息的拷贝，那么这将破坏量子复印机不存在性原理。这是我遇到过的对于黑洞互补性原理最严峻的挑战。虽然几个星期之后我才全盘知晓了答案，但是普雷斯基尔当时他自己就拿出了部分的答案。他推测这两个复制品在他们撞向奇点前可能不会相遇。邻近奇点的物理学属于量子引力的神秘的未知领域。这使得我们艰难地躲过这一劫。正如事情所发生的那样，唐·佩吉的想法对于解除普雷斯基尔那个“炸弹”起了关键的作用。
有人说下一个报告马上要开始了，讨论就仓促地结束了。我想这应该是这次会议的最后一个报告了，我不知道谁将演讲也不知道讲的是关于什么。我很担心普雷斯基尔的问题，所以不能集中思想听报告。但是在会议最终结束前的一个组织者的讲话打断了我的思绪。乔·波尔钦斯基站了起来说他要做一个调查投票。问题是：“你相信当黑洞蒸发时信息如霍金主张的那样丢失了吗？或者你相信如特霍夫特和萨斯坎德所宣称的信息会跑出来吗？”我怀疑在会议之前大部分人都倾向于霍金的观点。我很好奇，想看人们在会议中有没有动摇。
与会者被要求在常见的三个候选者以及外加的第四个选项中选择一个投票。这里是选项及其解释：
1.霍金选项：信息掉进黑洞后便不能挽回地丢失了。
2.特霍夫特和萨斯坎德选项：信息在霍金辐射中的光子和其他粒子中。
3.信息被束缚在微小的普朗克尺度的残留物中。
4.其他。
大家举手表决，乔·波尔钦斯基在报告厅前面的白板上统计了结果。有人给这块板照了相以示后人。承蒙乔·波尔钦斯基允许，图示如下：
最终结果为：
·信息丢失25票。
·信息从霍金辐射中出来39票。
·残留物7票。
·其他6票。
这场暂时的胜利——投给黑洞互补性原理的39票比投给其余所有的38票——并不像它看起来那样令人满足。那真正的胜利是什么——45对32，60对17？大部分人的想法真的重要吗？科学不像政治，它并不应该由民意来决定。
在圣芭芭拉会议之前不久，我读了托马斯·库恩（Thomas Kuhn）的书《科学革命的结构》。一般来说，与大部分的物理学家一样，我对哲学家关于科学是如何运作的思考并不是很感兴趣，但是库恩的想法似乎还是对路的，它们明确了我关于过去物理学是如何发展的一些模糊的想法，更确切地说，明确了我在1993年时所希望的物理学的发展方式。库恩的观点就是常规的科学发展进程——实验数据的累积，用理论模型解释这些数据，解方程——常常被主要范式的变更所打断。一个范式的改变无非就是用一种世界观代替另一种世界观。整套新的思考问题的方式出现，并替代了先前的概念框架。达尔文的自然选择原理就是一个范式的改变；空间和时间变为时空，再变为可形变有弹性的时空也是范式的改变；此外量子力学的逻辑取代经典的决定论当然也是一个变革。
科学范式的改变并不像艺术或政治的范式的改变。艺术和政治中观点的改变仅仅就是观点的改变。相比较而言，牛顿的运动规律并不会变回到亚里士多德力学。我不相信人们会改变他们的想法，在对太阳系做精确预测的时候，会认为牛顿引力理论比广义相对论更好。进步——范式的进步——在科学中是真实的。
当然，科学是人的科学，在痛苦地争取新范式的斗争中，观点和情感就像在人类任何其他活动中一样不稳定。但是不管怎么说，当所有的流行的观点都被科学方法过滤掉时，一些细微的真理的内核被留了下来。它们可能会被改进，但是一般来说是不会被逆转的。
我觉得黑洞战争就是一场争取新范式的经典斗争。黑洞互补性原理赢得了“投票调查”并不代表任何实质性的胜利。实际上，我最想影响他们观点的那些人，包括乔·波尔钦斯基，加里·霍罗维茨，安迪·斯特鲁明格还有最重要的霍金投了反对票。
在接下来的几个星期中，我和拉鲁斯·索拉修斯总结分析了实际情况并解决了普雷斯基尔的那个问题。这花了我们一定的时间，但是我确信如果那天我和普雷斯基尔以及佩吉的谈话能再继续半个小时的话，在那里我们就应该能够把这个问题解决了。实际上，我认为普雷斯基尔已经给出了一半的答案。简单地说就是，把1比特信息从黑洞中辐射出来需要花一定的时间。普雷斯基尔推测，当外部观测者能够还原信息并跳入黑洞之时，那个原本的信息早已经到达奇点了。唯一的问题就是从霍金辐射中还原那1比特信息需要多久才行。
有意思的是，在圣芭芭拉会议一个月前的一篇优秀的论文中已经给出了这个答案。那篇文章虽然没有明说，但是却含蓄地表明了还原1比特信息需要用辐射一半霍金光子的时间。如果黑洞辐射光子的速率特别慢，那么辐射掉一个恒星质量的黑洞所产生的一半的霍金光子可能要花1068年，这个时间要比宇宙年龄大得多。但是只需要几分之一秒那个原始的信息就会被奇点所毁灭。显然，要从霍金辐射中得到这个信息然后跳入黑洞与原始那个进行比较是不可能的。黑洞互补性原理是安全的。谁是这篇出色论文的作者呢？唐·佩吉。
第16章 颠来倒去
在20世纪60年代，有一次我去格林尼治村的一个先锋派剧院看演出。居然出现了一个滑稽幽默的情节，观众被请上舞台，代替舞台工作人员和活动背景，在幕间参与演出。
一个妇女被告知要把一个椅子搬到舞台的后面，但是当她刚一碰到它时，椅子就变成了一捆柴火。另一个观众抓住一个小箱子的把手使劲儿拽，但是这箱子一动也不动。我的工作就是举起一块6英尺见方的大石头交给一个站在那个较低的阳台上的观众。为了贯彻精神，我用双臂抱住它，并假装用我全身的力量在举。当这块巨石被轻易地抛向空中，仿佛只有几盎司那么重时，真正的认知冲突就在瞬间出现了。其实，它只是个上了漆的西印度轻木薄壳。
人脑中有关物体大小和质量间的联系必定是那些难以改变的本能之一，即我们无意识的物理学“干扰克机制”中的一部分。如果一个人始终不断地在这一点上犯错很可能意味着严重的脑残，除非这个人碰巧正好是一个量子物理学家。
继爱因斯坦1905年的发现之后一项伟大的再认知工作就要求破除大的是重的，小的是轻的这样一个本能，并用一个完全相反的：大的是轻的，小的是重的，来代替它。就像很多其他情况一样，爱因斯坦是第一个模糊地意识到这种奇异的爱丽丝式的逻辑倒置[131]。当时他抽的是什么烟呢？抽的只是他烟斗中的板烟丝而已。跟以往一样，爱因斯坦影响最深远的那些结论，只来自于他脑中所进行着的最简单的思想实验。
难以置信的光子缩小盒
这个独特的思想实验是从一个可以调节的盒子开始。除了几粒光子盒内空无一物，并且盒子可以任意地改变大小。其内壁是一些能够完全反射的镜子，所以被捕获在盒子里的光子，将在这些镜子间来回反弹，无法逃逸。
一个被禁锢在封闭区域内的波，其波长不可能比那个区域的尺寸大。试想一下把一个10米的波装进一个1米的盒子。
这是不可能的。然而，将一个1厘米的波装进去就毫无问题。
爱因斯坦想象不断地缩小这个盒子而将那个光子始终禁锢在里面。随着盒子的变小，光子的波长不可能保持不变。唯一可能的就是每一个光子的波长都一定随着盒子变小了。最终盒子将变得极其微小，里面充满了如此高能量的光子，这是由于它的波长相应地变短了。继续缩小盒子甚至会增加更多的能量。
但是回想一下爱因斯坦那个最著名的方程，E=mc2。如果盒子里的能量增加，那质量也同样会增加。因此，它变得越小，质量增加得越多。质朴的直觉又一次把它颠倒了过来。物理学家必须重新认识这个规律：小的是重的，大的是轻的。
大小和质量的关系以另一种方式显现出来。自然界看来是具有层次性构造的，结构中的每一层由更小的物体构成。因此分子由原子构成；原子由电子、质子和中子构成；质子和中子由夸克构成。科学家们通过粒子撞击目标原子，并观察其产生物发现了这些结构层次。从某种意义上来讲，这与通常的观测并没有那么多的不同。平常的观测中光（光子）被物体反射，然后聚焦到胶片上或者是人眼的视网膜上。但是如前面我们所看到的，如要探测非常小的尺度，我们就必须用能量极高的光子（或者是其他粒子）。显然，用高能量的光子探查原子时，大量的质量——至少按基本粒子物理的标准是这样——被聚集在一个很小的空间。
我们画一幅图来给出尺寸和质量（能量）的倒数关系。我们用竖轴来表示要探查的尺度，横轴则表示光子分辨物体所需要的质量（能量）。
曲线形状很明确：物体越小，观察到它需要花更大的质量（能量）。理解大小和质量（能量）间的相反关系是20世纪大部分时间中，每一个读物理的学生都必须做的事情。
爱因斯坦的光子盒并不是一种怪诞想法。尺度越小意味着质量越大的想法已渗透到了现代基本粒子物理的每个角落。但具有讽刺意义的是，21世纪却指望着对这种认识的再度装备。
想了解个中原因的话，就想象我们要确定比普朗克长度小100万倍的尺度上存在着什么，如果真存在着什么的话。也许自然界的层次性结构能延伸到那个深度。20世纪的标准方式，我们应该用一个是普朗克能量100万倍的光子去探查目标。但是这种方式必将会事与愿违。
我为什么这样说呢？虽然我们可能永远无法把粒子加速到普朗克能量，更不用说是它的100万倍了，但是，倘若能够做到的话，我们已经知道将会发生的事情。那么大的质量被填进一个如此小的空间会形成一个黑洞。我们将会被黑洞的视界所阻隔，它会把我们所要探测的每一样东西都藏在它的内部。当我们想通过提高光子的能量来看更小的距离时，视界将变得越来越大并且隐匿越来越多的东西：又是一种令人左右为难的情况[132]。
那么碰撞会产生什么呢？霍金辐射——仅此而已。但是随着黑洞的变大，霍金辐射的光子的波长也在变大。微小的亚普朗克尺度物体的清晰的图像，将被这些长波长的光子所产生的越来越模糊的图像所取代。所以我们预计随着碰撞能量的增加，我们最多也只能在一个较大的尺度上重新认识自然。因此，真实的尺寸—能量的图像是这样的：
曲线在普朗克尺度附近达到最低点，我们无法观测更小的东西。如果小于这个尺度，那么新装备的理论与未工业化时代是一样的：大=重。因此还原论——一种认为事物是由更小东西构成的理论——将在普朗克尺度的时候停下前进的脚步。
在物理学中，紫外（UV）和红外（IR）这两个术语所呈现出来的意义，已经超越了它们仅仅与短波长和长波长光有关的本意。因为20世纪关于大小和能量的联系，物理学家们常常用UV表示高能，用IR表示低能。但是新认知理论把他们都混淆起来了：超越普朗克质量后，能量越高意味着尺度越大，能量越低就意味着尺度越小。这种混淆体现在术语上：新的趋势是把大尺度和高能量等同起来，这被模糊不清地称为红外紫—外联系[133]。
红外—紫外联系
作为部分原因，正是因为对红外—紫外联系缺乏理解，才使物理学家们在关于信息掉临视界的实质的问题上受到了误导。在第15章中，我们想象了用海森伯的显微镜去观察一个原子掉向黑洞的过程。随着时间的推移，原子越来越接近视界，这需要越来越高的能量的光子去辨析这个原子。最终，能量会变得很大，光子和原子的碰撞会产生一个大的黑洞。然后图像必将通过长波长的霍金辐射整合起来。结果并不是原子图像变得更加清晰，而是变得越来越模糊，直到该原子看起来覆盖了整个视界。从外部来看，用一个现在比较熟悉的类比就好像一滴墨水溶解在一浴缸热水中一样。
尽管黑洞互补性原理那么不可思议，但是它似乎是自洽的。在1994年，我曾想动摇霍金的想法，对他说：“瞧，霍金，你并没有领悟到你研究工作的整个意义！”我立即作了尝试，但是没有成功。一个月的尝试既有幽默又有痛苦。在我讲述我的烦恼的时候让我们暂停一下物理讨论吧。
第17章 亚哈在剑桥
小白点已经长大，占据了我整个视野。但是与亚哈[134]的困惑不同，困扰我的不是一头100吨重的鲸鱼，而是一个坐在电动轮椅上的体重100磅的理论物理学家。史蒂芬·霍金和他那些关于信息在黑洞内部毁灭的错误想法，一直在我的脑海中盘旋。对我来说，真相已不再有任何的疑虑，但是我满脑子想到的都是如何使霍金看到它。我并不想捕杀他，更不想使他难堪；我只想让他看到我所看到的东西。我想让他看到他自己提出的佯谬的深远意义。
最困扰我的是那么多专家——基本上或几乎所有的相对论学家——那么轻易地就接受了霍金的结论。我很难理解他们怎么能如此自满。霍金认为存在着一个悖论，而且这个悖论可能预示着一场革命，这是正确的。但是为什么他们对革命就视而不见呢。
更糟的是，我觉得霍金和相对论学家们爽快地丢掉科学的一根支柱却又不补上一根新的。霍金尝试过用他的美元矩阵但最终失败了——使用的时候会使能量守恒发生灾难性破坏。但是他的追随者们却很满意地说：“嗬，嗯哼，信息在黑洞蒸发中丢失了。”然后就丢下不管了。这种在我看来是脑力上的懒惰和科学好奇心的退让使我感到很愤慨。
唯一能让我从强迫症中解脱出来的事情，就是在帕洛阿尔托后面的小山中跑步[135]，有时跑15英里，有时跑得更多。把注意力集中在追赶在我前面几码的人，直到我超过他或她，这常常能使我头脑清醒。而现在是霍金出现在我前头。
他侵袭了我的梦乡。在得克萨斯的一个夜晚，我梦见霍金和我都坐在一个机械化的轮椅上。我用我所有的力气想要把他推出椅子。但是霍金这个绿巨人强壮得令人难以置信[136]。他掐住我的脖子，切断了我的空气供给。我们搏斗着直到我从梦中惊醒，浑身是汗。
什么是治疗我强迫症的药？就像亚哈，我必须走向敌人并在他潜伏的地方追捕它。所以在1994年，我接受了邀请，去剑桥大学新建立的牛顿研究所访问。那年6月，霍金将会在一群物理学家中开庭审判，大部分我所熟识的人都不在我的阵营中：加里·霍洛维茨，加里·吉本斯（Gary Gibbons），安迪·斯特鲁明格，杰夫·哈维，史蒂夫·吉丁斯，罗杰·彭罗斯，丘成桐和其他一些重量级人物。我的唯一盟友就是赫拉德·特霍夫特，但他并不会去。
我并不是很渴望再次访问剑桥。23年前的两次经历让我感觉受伤和懊恼。那时我年轻，没名气，由于工人阶级出身成为一个学者的经历，备受缺乏安全感的煎熬。一份去参加剑桥三一学院晚宴并坐贵宾桌的邀请并不能减轻它们[137]。
我仍然不知道被邀请坐上高桌究竟意味着什么。我不知道这算不算是一个荣誉，如果是，谁或者是怎样的人会被授予这个荣誉。还是这仅仅是个用餐的地方？无论如何，我的邀请人，一位慷慨和善的人，名叫约翰·波尔金霍恩（John Polkinghorne）的教授，带我进了一个挂满了艾萨克·牛顿和其他伟人肖像的中世纪风格的大厅。本科生穿着学士服坐在最低的台子上。科学部的教员们入席贵宾桌，一个在大厅一边的高起的台子。上菜的那些服务生穿得远比我好得多。在我两边坐着的都是学者，他们咕哝着一种我很难听懂的语言。我的左边是一位德高望重的导师在呼噜呼噜地喝着他的汤，我的右边是一位穿着高贵的学者，他正在讲述一个以前去过那里的美国客人的故事。好像是在说这个缺少作为剑桥人应有修养的美国人，不合适地选了一瓶可笑的酒。
关于鉴赏酒类的知识而言，我有理由相信，我闭上眼睛依然可以区分红与白两种葡萄酒。我更确信我可以区分葡萄酒和啤酒。但是除了这些之外，我的味觉就失效了。我觉得自己就是那个故事中的笑柄。谈话的其他部分是一些只有剑桥人感兴趣的东西，与我无关。我一个人品尝着这顿没什么滋味的饭（煮熟的鱼盖上白色的面粉糊），隔断了任何谈话。
一天，我的邀请人带我参观三一学院。在一幢建筑的大门前有着一块精心修剪象征着荣誉的大草坪。我注意到没有人穿越草坪。环绕这块草坪的一条小路是唯一允许通行的道路。所以在波尔金霍恩教授握住我的手臂径直斜穿草坪的时候，我很吃惊。这意味着什么？我们是在侵入圣地吗？答案很简单：教授是被授予穿越草坪的古老特权的，在英国大学教授的比例要比美国的少。其他任何人，至少是层次较低的人是不允许在上面踩踏的。
第二天，我在没人陪伴的情况下离开了学院，回到了我的酒店。31岁当上教授算是年轻的，但是我当上了。我自然相信我有权力穿越草坪。但当我走到一半的时候，一个穿着无尾半礼服戴着圆顶硬礼帽的矮胖绅士，闪电般地从一座建筑中冲出来，气势汹汹地要我马上离开草坪。我抗议说我是一个美国教授，但是我的抗议毫无结果。
23年之后，留着胡子，老了许多看起来甚至有些吓人的，我又一次尝试这个我没有成功的事情。这一次的穿越没有遇到任何问题。是剑桥变了吗？我真的不知道。是我变了吗？是的。几十年前那些令我愤怒的划分等级的势利行为——高桌与草坪特权——现在在我看来只不过是一种盛情的款待以及有点英国腔的怪癖行为。这次重返剑桥有好多方面令我很吃惊。事实上我对这所大学传统做法的不悦，已经转变成了某种奇妙的感觉，而名声不好的英国食物的味道也有了明显的提升。我发现我喜欢剑桥了。
到那儿的第一天，我醒得非常早。我打算漫步穿过小镇到达我最终的目的地，牛顿研究所。我把我妻子——安妮，留在了我们在切斯特顿路上的公寓[138]。我步行到了剑河，经过了停放赛艇的船库，穿过了耶稣绿地。（在我第一次造访的时候，我感到很困惑甚至有点生气，为什么那么多剑桥的文化都有宗教根源。）
我走向桥街并跨过了剑河。凸轮？桥？剑桥？[139]我会不会就站在给这个伟大学府定名的桥的原址上？也许不会，但是想想却很有意思。
旁边的一条长凳上坐着一个年长的绅士。他留着八字胡，看上去颇有些科学家的风雅。上帝呀，这人看起来太像欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）了，原子核的发现者。我坐下来开始与他交谈。他显然不是卢瑟福，除非他从坟墓中爬出来：卢瑟福已经死了近60年了。也许这是他的儿子呢？
我这位同伴对欧内斯特·卢瑟福这个名字相当熟悉，他知道这个新西兰人发现了原子能。虽然极为相似，但他不是卢瑟福或卢瑟福的儿子。他更像是我的亲戚，一个退休的犹太邮差，对科学有着一种业余爱好的兴趣。他的名字叫古德弗兰德（Goodfriend），可能是从上一代的古特弗罗因德（Gutefreund）英国化而来的。
清早，我出门溜达，走过了银街，那里有一幢古老的建筑，以前应用数学与理论物理系就在里边——那也是约翰·波尔金霍恩接待我的地方。但是即使是在剑桥，事物也在发生变化。数学科学系（用英国式的学术语言表示就是“数学”系，“maths”）现在搬进了牛顿研究所附近的一个新址。
然后我看到了远处一个高耸的建筑。它若隐若现，直插云霄。国王学院教堂是上帝在剑桥的家，有着君临众多剑桥科学建筑的气势。
有多少代主攻科学的学生在这个教堂中祈祷，至少是装模作样地祈祷过？出于好奇，我走进了它神圣的内堂。在那样的环境中，即便是我——一个骨子里面不信仰宗教的科学家——也在自己的信念中感到某种迷茫。我认为生命中仅仅存在的是电子、质子和中子，而生命的进化也无非就是那些最自私的基因之间进行的计算机游戏式的博弈。面对巧妙堆砌的石头和彩色的玻璃窗会让人产生“皈依天主教”这样的敬畏感，我对此几乎是免疫的，但也不是那么绝对。
所有这些东西使我脑中出现了一个长久困扰我的关于英国学术界的东西：宗教和科学传统的难以兼容地混合。传教士们在12世纪建立了剑桥和牛津，它们以同样的热情接纳了在美国被委婉地称为基于信仰的和基于现实的两种社会意识。更奇怪的是，他们似乎以一种令人不解的独特的宽容做到了这一点。举个例子，剑桥最出名的9个学院的名字：耶稣学院、基督学院、圣体学院、麦格达伦学院、彼得学院、圣·凯瑟琳学院、圣·埃德蒙学院、圣·约翰学院和三一学院。但是话又说回来，有一个沃尔夫森学院是以艾塞克·沃尔夫森（Isaac Wolfson）一个无宗教信仰的犹太人的名字命名的。更惊人的则是达尔文学院，就是那个把上帝赶出生命科学的达尔文。
这里的历史悠久而灿烂。牛顿在驱逐超自然信仰方面做得比前人都多。惯性（质量）、加速度和一个普适的引力规律取代了上帝之手，我们再也不需要他来引导星球运行了。但是正如研究17世纪科学史的历史学家不厌其烦地提醒我们的，牛顿是一个基督徒，而且还是一个狂热的宗教信仰者。他在基督教神学上花的时间、精力和笔墨比物理学更多。
对于牛顿和他的同辈来说，造物主的存在是必需的：不然怎么解释人类的存在？在牛顿的世界中没有东西能够解释，像人类这样有感觉能力的复杂体，是如何从无生命的材料中诞生的。牛顿有充分的理由相信，存在一个神予的起源。
但是两个世纪之后，极端但并非自觉的反传统分子查尔斯·达尔文（也是一个来自剑桥的人）就在牛顿失败的地方获得了成功。达尔文的关于自然选择的想法，结合沃森（Watson）和克里克（Crick）（在剑桥发现）的双螺旋结构，人们用概率论和化学取代了创世的魔法。
达尔文是宗教的敌人吗？完全不是。虽然他丢掉了对于基督教教条的信仰并认为自己是一个不可知论者，但是他是当地教区教堂的强力支持者，也是约翰·英尼斯（John Innes）牧师的一个好朋友。
当然，并非处处都是那么友好和谐。关于托马斯·赫胥黎（Thomas Huxley）与萨缪尔·威尔伯福斯（Samuel Wilberforce）主教之间发生过一次激烈的（关于进化论）争吵。主教问赫胥黎他的祖父母是不是猿人？赫胥黎则称威尔伯福斯为真理的妓女，作为回敬。然而，没人被枪击、没人被刺伤，甚至没人被拳打。一切都在英国学术交流的文明传统中进行。
那么现在情况如何呢？即便到了今天，宗教和科学依然相处得很和谐。约翰·波尔金霍恩，那个带我穿越草坪的人，已经不再是一个物理学教授。1979年，他辞去了教授职位，去当了一名英国圣公会的牧师而转攻神学[140]。波尔金霍恩是一种流行观点的主要倡导者之一。这种观点认为科学和宗教将进入一个完美交汇的时期，上帝的计划将通过特别设计的自然法则得到显现。这些法则不仅完全不可思议，而且还恰恰保证了智慧生命的存在——这种生命又碰巧能够理解上帝和他的法则。现在波尔金霍恩是英国最负盛名的传教士之一。不过，我不知道他是否还被允许穿过那片草坪。
与此同时，牛津著名的进化论学者，理查德·道金斯（Richard Dawkins）带头指责科学和宗教的任何汇合。根据道金斯的理论，生活、爱情和道德不过是致命的竞争所引发的一场演出。它不发生在人与人之间，而是发生在自私的基因之间。英国知识界似乎雅量够大，足可容下波尔金霍恩和道金斯。
但是回到国王学院教堂。当晨光透过那些斑斓的玻璃的时候，人很难从纯光学的角度来思考它。所以，我坐在一条长椅上从一个好的角度欣赏这令人印象深刻的内景。
不一会儿一个表情严肃的男人也加入了进来。他高大魁梧但并不肥胖，带着一种在我看来独特的非英国式的腔调。他穿的衬衫是我年轻时候称为工作衫的蓝色粗棉衬衫，他的裤子是由两根宽背带吊着的棕色的灯芯绒裤子，这些让他看起来像一个19世纪美国西部的居民。实际上，我的猜测并不太离谱。他的口音是西蒙大拿口音，而不是东英格兰。
在我们知道彼此都是美国人之后，话题转向了宗教。不，我解释说，我并不是去那儿做祷告的。实际上，我不是一个基督徒，而是亚伯拉罕之子[141]，只是过来欣赏建筑的。他是一个建筑承包商，走进国王学院教堂是想看一下石匠活。尽管他有着坚定的宗教信仰，但是他并不确定在这个教堂做祷告是否合适。他有自己信奉的耶稣基督后期圣徒教会的教堂[142]。他对英国圣公会深感怀疑。就我自己而言，我自己没有理由用自己根深蒂固的怀疑主义让他失望——我完全不相信宗教信仰，因为我觉得它只是一种对超自然力量的迷信。
我对摩门教并不太了解。我与其唯一相关的经历，就是与一家很友好的摩门教家庭做过邻居。所有我所知道的就是摩门教有着严格的戒律，不许喝咖啡、茶和可口可乐。我推测摩门教是北欧新教的一支典型分支。当我这位刚认识的朋友告诉我摩门教徒与犹太人很类似时，我很吃惊。由于没有自己的家园，所以他们跟随他们自己的摩西穿越了沙漠勇敢地面对困难[143]，直到他们最终到达了他们的“迦南美地”——犹他州大盐湖地区。
我的这位朋友弓着背坐在那里，前臂放在分开的两膝上面，硕大的双手放在两腿之间。他所讲的不是一个模糊而古老的故事，而是一个在1820年前后发生的美国故事。我觉得我应该对此比较熟悉，但是事实并非如此。下面是我所记得的一些大概的细节，以及再补充上我后来查阅的一些历史记录。
约瑟夫·史密斯（Joseph Smith）出生于1805年，生他的母亲患有癫痫和严重的宗教幻觉症。有一天，天使莫罗尼（Moroni）来找他，并跟他说了一个关于一本隐藏的古书的秘密，这本书由纯金薄片制成，上面刻有上帝的话。这些话只是讲给史密斯的，但是却出现了一个问题：所刻的文字现在没有一个活着的人能够解译。
但是莫罗尼告诉约瑟夫不要担心。他会给约瑟夫一对神奇的透明石——一副超自然的眼镜。这对石头有它们自己的名字：乌陵和土明[144]。莫罗尼让约瑟夫把乌陵和土明放在自己的帽子里，然后往里看，就可以看到显示为朴实英语的神奇刻文了。
对这个故事，我的反应是静静地坐着，仿佛在沉思。我想，一个人要么有信仰，要么没有。如果没有，那么一个透过置于帽中的魔镜观看金片的故事就显得非常可笑。但是不论可笑与否，有几千个信徒追随着约瑟夫·史密斯。史密斯在38岁那年暴死以后，这些信徒就跟着他的继承者布里格姆·扬（Brigham Young）历经了各种惨痛的危险和磨难。今天，这些信徒的后代已有数千万人。
顺便提一下，你可能要问乌陵和土明帮约瑟夫破译的那本金书后来怎么样了。答案是在把它翻译成英文之后，弄丢了。
当时约瑟夫·史密斯是一个具有超凡能力的人，对异性有着强烈的吸引力。这一定是上帝计划的一部分。上帝命令约瑟夫与尽可能多的年轻女孩结婚并让她们受孕。他还要约瑟夫去召集大批的追随者，并把他们带到那块最初的乐土——伊利诺伊一个叫瑙屋的地方。当他和他的追随者到了瑙屋，他很快宣布他将竞选美国总统。但是瑙屋的上流人士都是基督徒——传统的基督徒——并不太喜欢他关于一夫多妻的想法。于是他们枪杀了他。
就像摩西把斗篷交给约书亚一样，史密斯把权力传给了布里格姆·扬，另一个有很多女人和孩子的男人。摩门教开始仓促逃离瑙屋。最后，扬带领他们历经艰难险阻，长途跋涉到了犹他州。
我不仅在那时是，现在依然还是着迷于这个故事。我相信在那个时刻它影响了我对于霍金本人以及他对其他物理学家超凡影响力的看法，这无疑是完全不公平的。由于深受自己失败的困扰，我想象他就是一个花衣魔笛手，带头向量子力学发起一场虚假的圣战。
但是那天早上，我脑中想的既不是霍金也不是黑洞。国王学院的教堂留给了我一个全新的科学佯谬，让我去烦恼。这与物理学无关，至多是一种间接的关系。这是一个与达尔文进化论有关的东西。人类怎么会进化出一种如此强大的推动力，以至创造出一些非理性的信仰体系，并对它们深信不疑？人们可能会想到达尔文的自然选择，会使人们趋向于理性，并去除那些倾向于导致迷信的基于信仰的信念系统的基因。毕竟一个非理性的信仰会杀死人，就像约瑟夫·史密斯之死那样。毫无疑问，它杀死了成千上万的人。人会由于信仰而追随一些轻率鲁莽的领袖人物，你也许期望进化会消除这样的倾向。但事实似乎完全相反。这个科学的佯谬，在我第一次来剑桥的时候就引起了我的兴趣。自此之后，我就着迷了，并花了很长的时间企图解开这个谜团。
我在剑桥的几个星期中，我似乎偏离了我原本来这里的目的——黑洞的量子行为。但是事实并不全是这样的。不断困扰我的问题是像霍金、特霍夫特、我自己以及所有其他参加这场黑洞战争的人是不是我们自己都是基于信仰幻觉的受害者？
在剑桥的那几周是令人烦恼的，但是也充满了许多戏剧性的想法。亚哈和鲸鱼的故事是一个可以从不同角度看的故事：是那头发疯的鲸鱼让亚哈葬身于大海的深处呢，还是亚哈的疯狂使得脆弱的斯塔巴克难逃厄运？[145]更确切地说，是我像亚哈一样有着一种愚蠢的追捕强迫症，还是史蒂芬·霍金用一个错误的想法引诱着其他人？
关于花衣魔笛手史蒂芬，或隐士史蒂芬（名字源于一名法国十字军战士隐士彼得）[146]，摧毁了被他迷惑的追随者们的智力的想法，现在想起来十分好笑的。显然，困扰人的情绪的是一种威力巨大的迷幻药。
现在，我并不想给你们留下这样的印象，即我成了自己晦涩想法的囚徒，几个星期以来一直毫无目的地在剑桥的街道上闲逛。我打算在牛顿研究所做一系列关于黑洞互补性原理的报告。我花了很多时间在研究所准备这些报告，并与我那些怀疑论者同事争论各种问题。
牛顿研究所
大概是10点钟，我离开了国王学院教堂并走进了6月天的灿烂阳光。关于非理性信仰在达尔文理论中的神秘性问题，慢慢地爬进了我的大脑，但是一个更加急迫的技术问题需要马上解决：我还没有找到牛顿研究所。
我那份虽全却无用的地图带我走出了老剑桥的中心，去了一个不是那么有剑桥特色、看起来比较现代化的住宅区。我希望这是一个错误；因为这会使我那浪漫的愿望落空。我看到一个指向威尔伯福斯路的标志。难道这就是那个威尔伯福斯吗，那个被称作“感伤的萨姆”并质问赫胥黎他的祖父母是不是猿人的人？也许历史的浪漫并未消失殆尽。
实际上，真相比猜测更好。威尔伯福斯路是以萨缪尔的父亲的名字命名的，尊敬的威廉·威尔伯福斯[147]。威廉在英国历史中扮演着极为重要的角色，是在大英帝国时期废除奴隶制运动的领袖。
最后，我从威尔伯福斯路转到了克拉克森路[148]。我在看到牛顿研究所后，第一印象又使我倍感失望。这是一栋当代建筑——不算丑，但以通常的方式用玻璃、砖块和钢筋建造。
不过当我一进入建筑，沮丧变成了赞赏。从使用意图来看，它有着完美的设计：在激烈的辩论中争论和交换想法——老的、新的和未经尝试的；猛烈地抨击错误的理论，还有，我希望能遭遇到敌人并将他们击败。有一个很大、照明很好的地方，摆着许多用来写字的舒适的桌椅，其大部分墙壁上都挂有黑板。几小群人分别围坐在咖啡桌旁，每一张桌子都被许多纸覆盖，物理学家永远在上面画来画去。
牛顿研究所
我想加入加里·霍洛维茨、杰夫·哈维和另外一些朋友的那桌，但是在我想这样做之前，另一件事情引起了我的注意。一个不同类型的谈话正在进行，我忍不住偷听了起来。房间的另一个角落里，国王正在临朝议事：霍金坐在中间，他的身躯被机械王座抬高了些许，听任一群英国记者采访。采访的内容显然不是物理，而是霍金本人。当我来到时，他正在讲述自己的历史和那使他衰弱的疾病。他的故事一定是预先录好音的，但是与以往一样，他身上的一些独特的不能用语言描绘的特质，战胜了机器声的单调。
记者们非常入神——当他在讲述他在被确诊为卢伽雷氏症之前的早年岁月的时候，每一个人盯着霍金的脸上的每一个细微的表情。根据他的陈述，那些早年岁月充斥着厌倦和无聊的感觉——一个年轻人哪儿都不能去的无聊感觉。他24岁，一个普通的物理学研究生，没有取得什么进展：有点儿像一个没有太大抱负的偷懒者。那是早来的午夜钟声，一个可怕的诊断结果，宣判了某种形式的死刑。我们大家都在死刑下生活，但是霍金的情况似乎是马上要发生：一年，也许两年，可能时间还不够让他完成博士学业。
开始的时候，霍金深感恐惧和沮丧。他常常梦魇，梦到自己被草草地结果了性命。但接着，意想不到的事发生了。即将死去的想法被一个可缓刑几年的前景所取代。效果立竿见影，转瞬间他对生命充满了巨大的热忱。他要在物理学上留名，要结婚生子，要体验世界以及剩余时间所能提供给他的一切东西。空虚无聊即被这些需求所替代。霍金说，得病——偏瘫病——是在他身上发生的最好的事情。
我并不太喜欢崇拜英雄。我欣赏那些头脑清晰、思考深刻的科学家和小说人物，但是我不会把他们称为个人英雄。那个时候，在我的万神殿中唯一的巨人就是伟大的尼尔森·曼德拉。但是当时，在牛顿研究所偷听的时候，我突然觉得霍金是一个英雄式的人物，一个足以与莫比·迪克（Moby Dick）媲美的人物[149]。
但是我还可以看到——或者可以想象出来——一个像霍金这样的人是多么容易成为花衣魔笛手。你可以回忆一下当霍金在写问题答案的时候，整个报告厅里面鸦雀无声，就像教堂里面的那种寂静。
并不只是在学术场合霍金有着这样的待遇。有一次，我与霍金一起吃晚饭，用餐的还有他的妻子，伊莱恩（Elaine），以及曾经是他学生的著名人士拉斐尔·博索（Raphael Bousso）。我们在得克萨斯中部，一家美国沿公路随处可见的普通饭店吃饭。我们已经在吃了，我、伊莱恩还有拉斐尔在交谈，霍金主要是听。这时一个极为崇拜霍金的服务员认出了霍金。他怀着敬畏的心情慢慢走了过来，崇敬、恐惧、谦卑就像一个虔诚的天主教徒碰见了正在用餐的教皇。当他向这位伟大的物理学家表达自己一直怀有的深厚情感时，几乎就要拜倒在霍金脚下，祈求他的祝福。
霍金当然喜欢成为超级名人，这是他与这个世界交流的为数不多的几种方式之一。但是他享受或者鼓励这种近乎宗教性质的崇拜？虽然了解他在想什么并不容易，不过，我与他相处的时间够多了，所以至少能够在一定程度上解读他的面部表情。得克萨斯饭店里所透露出的细微信号，不是暗示着喜悦，而是暗示着烦恼。
让我回到我原本来英格兰的目的：说服霍金，告诉他，他所坚信的信息会丢失是错误的。但不幸的是，对我来说直接跟霍金讨论几乎是不可能的。我没有足够的耐心，为了一句几个字的话等上几分钟。但是其他人如唐·佩吉、加里·霍洛维茨和安迪·斯特鲁明格，他们花了大量的时间与他交流合作。他们远比我懂得如何更为有效地与他交流。
我的策略就是依靠两样东西。第一是物理学家都喜欢谈话，而我对如何进行交谈很在行。实际上，我很精通此道，所以物理学家们应该会聚集过来，参与我发起的讨论，尽管他们可能不同意我。每当我走访一个物理系，那里就会冒出一连串的小型研讨会，即使是最宁静的地方也不例外。所以我知道聚集一些霍金和我共有的朋友（他们是朋友，尽管在黑洞的战争中我把他们看成是敌人）并很容易开始争论。我也知道霍金肯定会参与进来——要使他远离一个物理讨论就像要使一只猫远离樟脑草[150]——不久我和他将发生激烈的争吵，直到一方或另一方认输为止。
我的策略还依赖于我论证的力量，以及另一方论证的弱点。我深信最终将获得胜利。
除了一个细节外，其他都运行得很成功：霍金没有参与进来。当时他身体正感不适，这种情况我们很少见到。结果这场战役就像几年来，我在美国经历的那些一样。在我还没有向鲸鱼射击的时候，它就溜走了。
离开剑桥前一两天，我打算面向整个研究所发起一个关于黑洞互补性原理的正式讨论会。这是我与霍金对峙的最后的机会。报告厅里面坐满了人。在我刚开始讲的时候，霍金到了，坐在后排。通常，他会坐在前排靠近黑板的地方，但是这次他并不是一个人。他的护士和另一个助手也都来了，因为当时他需要医疗看护。很显然他正身陷麻烦中，大概在讨论会进行到一半的时候他离开了。事情就是这样。亚哈失去了他的机会。
讨论会在5点钟左右结束了，那时我在牛顿研究所已经待够了。我想离开剑桥。安妮正在和一个朋友闲聊，她把租来的车留给了我。我当时并没有开车回公寓，而是向外开去，经过邻近的村庄米尔顿后，在一个酒吧停了下来。我不是一个爱喝酒的人，一个人喝酒绝对不是我的习惯，但在这种情况下我确实想一个人坐下来喝杯啤酒。这并不是说我要孤独，只是在场没有物理学家。
这是一个典型的乡村酒吧，一个中年女招待和一些当地顾客站在吧台边。其中一个男顾客看上去已有80多岁了，穿着棕色西装，系着领结，还支着一根拐杖。我相信他不是爱尔兰人，但是他很像在《与我同行》里面与宾·克罗斯比（Bing Crosby）演对手戏的巴里·菲兹杰拉德（Barry Fitzgerald）（菲兹杰拉德演的是一个脾气暴躁但心地善良的爱尔兰牧师）。[151]这个顾客正在与那个女招待友好地争论着什么，她管他叫卢（Lou）。
我想他肯定不是物理学家，于是就径直朝卢旁边的吧台走去，要了啤酒。我记不清谈话是怎么开始的，但是他告诉我，他曾经当过一段时间的兵，后来因为在战争中失去了一条腿而结束了部队生涯。我估计指的是第二次世界大战。虽然少了一条腿但似乎并不影响他站在吧台边上。
谈话不可避免地会谈到我是谁，来米尔顿干什么。我当时没什么心情去解释物理，但是我不想向这位老绅士撒谎。我告诉他我是来剑桥参加一个关于黑洞的会议。于是他告诉我，他在这方面是专家，并可以告诉我许多我可能不知道的事情。谈话开始转向一个诡异的方向。他声称根据他的家族传说，他的一个祖先曾经到过黑洞里面，但是在最后时刻从里面出来了。
他所讲的是什么黑洞呢？黑洞疯子比比皆是，而且通常令人生厌。但是这个人看上去不像平常的疯子。啜了一口啤酒后，他继续说，加尔各答黑洞是一个很丑陋的地方，能有多脏，就有多脏。
加尔各答黑洞？[152]他肯定认为我是来剑桥参加一些关于英印（盎格鲁—印度）历史的会议。我听到了加尔各答的黑洞，但是我不知道那是什么。我的模糊的印象就是在一个妓院里没有防备的英国士兵们被抢劫和杀害了。
我决定不作澄清，而是想尽可能多地了解原始版黑洞的情况。这个故事颇具争议，但听起来它像是1756年被敌军占领的英军堡垒中的一个地窖，也有可能是一个地牢。大批英国士兵在这个地窖中被困了整整一夜，也许由于某种偶然原因，他们最终窒息身亡。根据家族传说，七代以前，卢的一个先祖侥幸死里逃生。
就这样，我发现了信息逃离黑洞的一个案例。要是霍金在场听到就好了。
第18章 世界是一幅全息图
颠覆统治范式。
——汽车贴纸上的标语
在我离开剑桥的时候，我意识到错不在霍金和相对论学家。几个小时的讨论，特别是跟加里·霍洛维茨，一个正牌的相对论学家，让我确信另有其因。他不仅是一个广义相对论方程的技法上面的奇才，还是一个思考极为深邃的人，喜欢从本质上思考问题。他花了很多时间思考霍金的佯谬，尽管他很清楚信息丢失的危险，但是他却认为霍金一定是对的——信息一定会在黑洞蒸发时丢失，除此之外并无其他的路可走。当我向霍洛维茨解释黑洞互补性原理的时候（这不是第一次），他理解了要义，但是他觉得这一步实在是太激进了。假设量子力学的不确定性原理，在像巨型黑洞这样一个大尺度上有效似乎是牵强的。显然这不是一种智力上的懒惰。所有这一切都归咎于一个问题：你相信哪个原理？
在我离开剑桥的航班上，我意识到真正的问题是黑洞互补性原理缺少一个坚实的数学基础。即便是爱因斯坦也没能使其他大部分物理学家相信他的光的粒子理论是正确的。人们花了20年时间，才发现了一个重要的实验，而海森伯和狄拉克抽象的数学理论在此之前已经完成了。显然，我假设了存在一个实验能检验黑洞互补性原理。（在此问题上，我错了。）但是也许一个更加严格的理论基础倒是可能的。
在离开英国的路上，我仍然不知道在将来的5年内，数学物理将会迎来这个一直以来在哲学上最困扰人的想法：从某种意义上来说，立体的三维经验世界只是一个幻象。我也不知道这个根本上的突破是如何改变这场黑洞战争的进程的。
荷兰
再见，美好的老英格兰。你好，风车和高大的荷兰人。在我回家之前，我打算穿越北海去探望我的朋友赫拉德·特霍夫特。在一个短暂的飞行后，我们到了阿姆斯特丹，我和安妮开车前往乌得勒支[153]，另一个布满运河和小房子的城市，特霍夫特是那里的一名物理学教授——有人会说是最伟大的物理学教授。在1994年的时候，他还没有得诺贝尔奖，但是人们都相信，不久后他就会得到。
在物理学家中，特霍夫特的名字是伟大的同义词，在荷兰这个可能人均拥有最多伟大物理学家的国家中，他是一个国宝级人物。所以当我到达乌得勒支大学的时候，我对特霍夫特朴素的办公室感到很吃惊。尽管荷兰以它的湿冷而著称，但是夏天的欧洲是一个潮湿的火炉，仍然让人无法忍受。特霍夫特的狭窄的办公室就跟其他人的一样，竟然连空调都没有。在我记忆中，他在房子的背阳的那端，是什么奇迹让他那些巨大的外来绿色植物免于酷热，这令我感到好奇。作为一个客人，我被带到了阴凉一点儿的办公室，但是那里还是太热而不能工作，甚至连讨论我们共同感兴趣的黑洞也难以进行。
周末的时候，我和特霍夫特还有安妮坐进了特霍夫特的车，然后去了一个乌得勒支附近的一些小村庄逛，那里的空气要凉快一些。就像许多伟大的科学家一样，特霍夫特对自然界有着强烈的好奇心——不只是对物理，而且是对整个自然界。由于对动物在饱受城市污染的世界中如何进化感到好奇，他勾勒出了许多想象中的未来生物。这是他的一种创造。你可以在他的个人主页上找到更多：www.phy.uu.nl/～thooft。
特霍夫特还是一个业余的画家和音乐家。安妮也是一个画家和钢琴家，所以在车上和在当地村庄吃午饭的时候——荷兰的薄烤饼，冷的矿泉水和许多冰激凌——我们的讨论无所不包，从海贝的外形、一个被污染的星球上生命将来的进化，直到荷兰的画家和钢琴技法。不过就是没有黑洞。
在那一周的几个工作日里，我们也讨论到了物理。特霍夫特是一个喜欢争论的逆向思维的人，我们谈话常常会这样，我会说：“特霍夫特，我完全同意你。”他回应道：“是的，但是我完全不同意你。”
我要说一件特别的事情。我就此问题已思考了近25年之久，这与弦论有关，但是特霍夫特不喜欢弦论，让他去钻研弦论是不可能的事情。我所关心的是，信息中单个比特的位置。我在1969年第一次接触到弦论的时候，弦论中就有许多疯狂的东西，但是上述想法实在太疯狂了，弦论学家们甚至都不想思考它。
弦论学家认为这个世界的所有事物都是由微观尺度上一维的有弹性的弦构成。像光子和电子这样的基本粒子是极小的弦圈，每一个差不多都是普朗克尺度。（如果你对这些具体的东西不了解也不用担心。在下一章中，我会带你去了解主要的概念。这里的前提只是需要接受这些粗浅的说法。）
即便是这些弦在没有额外能量的时候，不确定性原理也会使它们在零点附近振荡和扰动。同一条弦上的不同部分相对彼此做恒定的运动，使弦上一些微小部分伸长和延伸一定的距离。就它自身而言，延伸不是一个问题：原子中的电子散布在一个比原子核大得多的体积中，理由还是零点运动。所有物理学家很自然地认为基本粒子不是空间中无穷小的点。我们都期待电子、光子和其他基本粒子至少与普朗克尺度一样大，或者可能更大些。问题出在弦论的数学暗示了一种剧烈的量子晃动。这种晃动极为剧烈甚至有点荒谬，它可以使得一个电子能延展到宇宙的边界。对大部分物理学家来说，包括弦论学家，这似乎太疯狂了，是不可想象的。
电子怎么可能跟宇宙一样大而我们却没有注意到呢？你可能想知道是什么让你体内的弦避免于我体内的弦撞击和纠缠，尽管我们可能相隔几百英里。答案并不简单。首先，扰动是极其快速的，即使是在普朗克时间这样微小的时间尺度上。但是它们还是被非常精妙地校调的，所以一条弦上的扰动是与另一条弦上的那些精妙的匹配，以此来去除那些坏的效应。然而，如果你去观察基本粒子内部最快速的零点运动，你会发现粒子各个部分的扰动延伸至宇宙边缘。至少弦论是那么说的。
对于这个诡异的行为让我想起我对拉鲁斯·索拉修斯开的一个玩笑（参见第15章圣芭芭拉之战），黑洞内部的世界可能就像一个全息图，真正的信息在外面的二维视界上。如果你认真思考的话会发现，弦论可以走得甚至更远。它认为不论黑洞内部还是白纸黑字的每个比特的信息，都在宇宙的外沿上，或者是无穷远，如果宇宙是无界的话。
一旦与特霍夫特讨论这种想法的时候，我们就会马上被困住。但是在我离开乌得勒支回家前的时刻，特霍夫特说了些震惊我的话。他说，如果我们可以观察他办公室墙壁上微小的普朗克尺度上的细节，原则上它们将包含房间内部的每一比特信息。我没有提醒他可以用全息这个词，但是他很清楚地在思考我所思考的东西：以某种我们不知道的方式，世界上的每一比特信息被远远地存放在空间中最遥远的边界上。事实上，他领先了我一步：他说到了几个月前的一篇文章，在那里他已经思考出了这个想法。
谈话就这么结束了，在我在荷兰的最后两天中，我们没怎么谈论有关黑洞的东西。但是当我那天晚上回酒店时，我想出了一个论证我论点的思路：任意一个空间区域内能囊括的信息的最大量不可能超过该区域边界上所能存贮的信息，每普朗克面积最多为1/4比特。
现在让我来说一说这个反复出现且无处不在的1/4，为什么是每普朗克面积1/4比特而不是1比特呢？答案是无意义的。从历史角度上来说，普朗克单位定义得并不太好。事实上，物理学家们应该重新定义普朗克单位，这样4个普朗克面积就变成了1个普朗克面积。我来带路，从现在开始，规律改述如下：
一个空间区域的最大熵是每普朗克面积1比特。
我们现在回到第7章中提到过的托勒密。那里我们设想他很害怕阴谋集团，所以只允许从外面可以看到他图书馆里面的信息。因此，信息只写在外墙壁上。以每普朗克面积1比特来算，托勒密的图书馆最多能容纳1074比特。这是一个很大的量，比任何真实的图书馆都大得多，但是还是比它内部能够容纳的10109个普朗克体积的比特要小很多。特霍夫特的猜想与我在酒店的证明，就是托勒密假想的一个关于空间区域所能容纳的信息总数的真实的物理上限。
面像素和体像素[154]
现代的数码相机不需要胶卷。它有一块二维的“视网膜”，上面布满了被称为面像素的微小的光敏感的面积单元。所有图像，不论它们是现代的数码相片还是远古的洞穴壁画，都是骗局：它们骗我们看到了那些并不在那儿的东西，尽管只包含二维信息，也要将他们描述成三维图像。在《蒂尔普医生的解剖学课》中[155]，伦勃朗用一张二维帆布上一层薄薄的油料让我们看到了实体、层次和深度。
这个幻觉是如何实现的？所有这一切都发生在大脑中，基于先前经验的特殊的回路造成了一个错觉：你看到的只是你大脑已被训练成这样看而看到的东西。实际上，帆布上并没有足够的信息，告诉你这位死者的脚是真的更靠近你，还是比他身体的其他部位更大些。他的身体是因透视法缩短还是他本来就很矮？器官、血、皮肤下面的内脏都在你的脑海中。就你所知的而言，这个人已经不再是一个人，而是一个石膏的人体模型——或者一幅二维的油画。你想看到后面最高的那个人脑袋后面的纸卷上写了些什么东西吗？为了找到一个更好的观看位置，尝试一下绕着这幅画走动。对不起，信息并不在那里。你那满布面像素的屏幕上的图像储存的并不是真实的三维信息；它只是一个假象。
有没有可能来建造一个电子系统来储存真的三维信息呢？当然可以。不用二维面像素布满表面，想象用三维的微小的单元或者是体像素，充满一个空间区域。因为体像素的阵列确实是三维的，所以很容易想象这些编了码的信息为什么可以如实地表示三维世界的一块立体的东西。这很容易让人假设一个原理：二维信息可以被储存在一个二维的面像素阵列中，但是三维的信息只能被储存在三维的体像素阵列中。我们应当给它一个类似维数不变性这样好听的名字。
这个原理看起来是正确的，这也就使得全息原理令人惊叹不已。一张全息图就是一张可以储存三维场景所有信息的二维胶片或者二维的面像素点阵。这不是你头脑中想象出来的假象。这些信息真实存在于胶片上。
最初的全息原理是由匈牙利物理学家丹尼斯·加鲍（Dennis Gabor）在1947年首次发现的。全息图是一些不寻常的照片，它们由十字形黑白条纹相间的相干条纹的样式组成的，这与光子的双缝干涉相类似。在全息图中，样式不是由细缝产生的，而是由光在被描绘物体表面不同部分的散射得到的。照片的胶片上充满着以微小的明暗斑点为形式的信息。它看起来并不像真的三维物体，在显微镜下，你所看到的只是一些随机的光学噪声[156]，就像下图一样[157]：
三维物体被分解，然后再被整合成看起来杂乱无序，实际是“持球跑进”的二维形式。只有通过这种信息的“持球跑进”，三维世界中的一个部分才能在一个二维表面上被如实表现出来。
这种“持球跑进”可以被恢复，但你得知道其中的窍门。信息就在胶片上，而且它可以被重组。照在杂乱图案上的光线将会散射，重构出一个自由飘浮的真实三维图像。
全息图像诡异之处在于你可以从任何一个角度观察它而且看起来都是立体的。假设使用正确的技术，托勒密可能会给他图书馆的墙壁涂满像素，这些像素包含着一幅涵盖了无数卷宗信息的全息图。在适当的光线条件下，这些卷宗会在他图书馆的内部呈现出三维的图像。
你可能觉得我正带你去一个非常奇怪的地方，但是这是本次物理上经历的重装备过程的全部。这就是我和特霍夫特得出的结论：通常的三维经验世界——这个充满了星系、恒星、行星、房子、石块和人的宇宙——是一幅全息图，一幅在很远的二维表面上编码的关于现实的图像。这个被称为全息原理的物理学新规律断言，一个空间区域内的所有东西都可以用边界上的信息来描述。
具体地说，就是考虑我正在工作的那个房间。我坐在我的椅子上，电脑在我的前面，我零乱的桌子上堆着我舍不得扔掉的论文，所有的信息都用普朗克比特精确地编码，密密麻麻地覆盖在了房间的墙壁上，尽管因为太小而看不清楚。或者，让我们考虑离太阳100万光年距离内的所有事情。这个区域有一个边界——不是实际的墙壁，而是假想的数学上的外壳——包含了区域内部所有的东西：星际气体、恒星、行星、人以及其他的一切。跟以往一样，在这个巨大球壳内的所有东西是整个壳上面微观信息的图像。而且比特的数量最多不超过每普朗克面积一个。这就好像边界——办公室的墙壁或者数学上的外壳——是由微小的像素构成的，每一个占据了一个平方普朗克长度，并且在区域内部发生的每一件事情是像素化的边界上的全息图像。但是跟一般的全息图的情况一样，在远处的边界上编码的信息是三维原始物体的信息的“持球跑进”的表示。
全息原理与我们以前所习惯的东西很不一样。信息分布在空间体积中看起来是那么的自然，人们很难相信它是错的。但是世界并不是体像素的，而是面像素的，所有的信息都储存在空间的边界上。但是，到底是什么样的边界和什么样的空间呢？
在第7章中，我问了这样一个问题：格兰特被葬在格兰特纪念堂中这个信息去了哪里？在排除了一些错误的答案后，我得出结论：信息就在格兰特纪念堂。但是这真的是正确的吗？我们从格兰特棺材中的密闭空间开始考虑。根据全息原理，格兰特的遗体是一个全息的幻象——一幅根据储存在棺材内壁上的信息重建的图像。而且，遗体和棺材本身被包括在一个叫作格兰特纪念堂的更大的纪念碑内壁中。所以格兰特的遗体，他妻子的遗体，棺材和那些参观的游客都是储存在纪念堂墙壁上的信息的图像。
但是为什么停在了那里呢？想象一个包含了太阳系的巨大的封闭球面。格兰特，朱丽叶，棺材，游客，坟墓，地球，太阳，还有九大行星（冥王星还算成是行星！）这些信息都被编码并储存在这个巨大的球面上。依此类推，直到我们到达宇宙的边缘或者无穷远。
很明显，某一个特定比特信息的具体位置在哪里，不会有一个唯一的答案。通常的量子力学在这些问题上，引进了某种程度的不确定性的概念。在观察一个粒子或者任何其他物体之前，它们所处位置具有量子不确定性。但是一旦这个物体被实际观察到了，那么每个人都会同意它在那里。如果物体是格兰特遗体上的一个原子，通常的量子力学会使它的位置有一些轻微的不确定性。但是它不会将它放置在空间的边缘，也不会放在他棺材的内壁上。所以如果问1比特信息在哪里就不是一个好的问题，那应该是什么呢？
随着我们对精确性要求的提高，又特别在同时考虑引力和量子力学的时候，我们被带向一个数学表述，它包含了像素在遥远的二维屏幕上闪动跳跃的样式，以及一套把“持球跑进”样式翻译成三维图像的密码。但是，没有满布像素的屏幕包围了空间每一个区域。格兰特的棺材是格兰特纪念堂的一部分，格兰特纪念堂是太阳系的一部分，太阳系又是包含着银河系的星系尺度的一个球面的一部分，如此等等，直到包含整个宇宙。每个层面包裹的所有东西都被描述成一张全息图像，但是当我们寻找全息图的时候，它总是在次级区域的外面[158]。
尽管全息原理是很怪异，极其怪异，它也成为理论物理学的主流理论中的一部分。这不再是一个量子引力的推论；它是一个每天工作要用的工具，不仅用来回答关于量子引力的问题，而且也可以解释像原子的核子这样的平常事物。（参看第23章）
虽然全息原理是一个对物理学颠覆性的重建的原理，但是论证并不需要特别的数学。从一个由假想的数学边界所描绘的空间球形区域开始，这个区域包含着一些“东西”，任意什么东西——氢气、光子、奶酪、葡萄酒，随便什么——只要它不流出边界就可以，我就只能叫它“东西”。
一个区域能被压缩进的质量最大的物体是黑洞，它的视界与边界重合。“东西”的质量不可能超过它，不然它会溢出边界，但是对“东西”所储存的信息数有限制吗？这是我们所关心的确定球体内能塞进的最大比特数。
接着想象有一层包裹了整个系统的物质，这不是一个假想的壳，而是一个真实物质构成的球壳。这个由真实物质构成的球壳有它自身的质量。不论球壳是由什么构成的，它可以被外部压力或者来自于内部物质的引力作用压缩，直至完全适合这一区域。
通过调节外壳的质量，我们可以制造一个视界正好与区域的边界重合。
原始的东西有一定的熵，即隐藏的信息，其值我们并不知道。但是这肯定与最终的熵有关：这是黑洞的熵——是用普朗克单位计数的面积。
要完成论证，我们仅需要记住热力学第二定律，它要求熵总是沿着变大的方向发展。因此，黑洞的熵一定比原始东西的熵要大。总而言之，我们已经证明了一个令人惊讶的事实：一个空间区域能容纳的信息的最大比特数，等于边界面积上所覆盖的普朗克面像素。这暗示着区域内的每一件事情都有一个“边界描述”；边界表面是一个关于三维内部世界的二维全息图。对于我来说，这是最好的论证过程：一些基本的原理，一个理想实验，以及一个影响深远的结论。
还存在另一种方式来描述全息原理。如果边界球面非常大，面上任何小的部分都可以近似作为一个平面。在以前，人们就因为地球过于巨大，而误认为它是平的。对于一个更极端的例子来说，假定边界正好是一个直径为几十亿光年的球面。从球面内部且离边界只有几光年的地方来看，整个球面似乎是平的。这意味着在离边界几光年这段区域内发生的事情，可以认为是一个平坦纸面上的一个全息图像。
当然，你不应该认为我所讲的是一幅原始的全息图。毋庸置疑，普通的相片胶卷的颗粒要比一张普朗克尺度面像素粗糙得多。而且，这种新型的全息图像可以随着时间变化，它是电影式的全息图。
但是最大的不同是这种全息图是量子力学的。它的闪烁带有量子系统的不确定性，所以三维图像会有量子晃动。我们都是由以复杂的量子方式运动的信息构成的，但是当我们仔细地观察那些信息时，我们发现它们位于空间最远的边界上。我不知道有什么比这个更加缺少直觉了。厘清全息原理的头绪，是我们物理学家在发现量子力学之后最大的挑战。
由于某种原因，特霍夫特的那篇早于我几个月的论文，并没有被广泛的关注。部分原因在于它的题目“量子引力中的维度约化”。“维度约化”这个术语是一个物理中的专业术语，与特霍夫特所讲的意思截然不同。我肯定我的论文将不会有同样的命运。我给它题名为“世界是一幅全息图”。
从荷兰回来的路上，我开始把它写下来。我对于全息原理非常兴奋，但是我也知道这肯定很难去说服别人相信它。这个世界是一幅全息图？我几乎可以听到怀疑的反应：“他以前曾是一个不错的物理学家，但是现在他疯了。”
黑洞互补性原理和全息原理，应该是属于那种物理学家和哲学家们会争论几百年的想法，原子的存在就是另一个先例。在实验室内制造并研究一个黑洞，至少与古希腊人看到原子一样困难。但是世界上用了不到5年时间来达成共识。这个范式的转变是怎么发生的呢？结束这场战争的武器是大量的弦论中的严格的数学。
