1939年9月1日：世界秩序崩塌之際，物理學的根基也開始動搖

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世界墜入戰爭的同一天，物理學家也看見現實本身正在瓦解。

1939 年 9 月 1 日：一切同時開始傾斜

故事開始于1939年的9月1日。

W. H. 奧登走進曼哈頓中城的 Dizzy Club[1]，在吧臺前坐下。隨著爵士樂的節奏和烈酒交織在一起，這位詩人試圖在一個已從虛假平衡中傾覆的世界里，重新尋找平衡。

我坐在第五十二大街

其中一個下等酒吧

疑慮又害怕

當聰明的希望已到期

低俗而不誠實的十年失效

注：此處及下文提及的詩句，均選自奧登的詩作《1939 年 9 月 1 日》。本文使用的中文版本譯者為黃燦然先生。

希特勒剛剛入侵了波蘭[2]，隨之而來的是這個世界第二次正在墜入戰爭。

就在同一天，科學期刊《物理評論》（Physical Review）出版了第 56 卷，其中收錄的兩篇論文合在一起，仿佛足以讓宇宙本身分崩離析。

其中一篇里，羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）與哈特蘭德·斯奈德（Hartland Snyder）首次描述了一顆恒星如何坍縮為黑洞；而另一篇里，尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）與約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）說明了原子核是如何裂解，并釋放出可怕能量的。

最大尺度上時空的連續性、最小尺度上物質的穩定性，以及恰好夾在兩者之間的人類世界：它們幾乎在同一時刻全都搖搖欲墜。

這是一個仿佛自身形成了奇點的日期。人類事務的脆弱性，曾經似乎還能由物理學的堅實可靠來抵消；但突然之間，物理學堅實的大廈轟然倒塌了。

憤怒和恐懼的電波

在地球上那些明亮

和暗淡的土地循環

當恒星腳下再無地面

所有人都以為坍縮終會停止。阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）、卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild），以及每一位思考過超高密度天體在自身引力下收縮的物理學家，都認為它最終會停下來。把花瓶從桌上碰落，它會落在地板上，而不會永無止境地下墜。我們的腳下總該有一塊可以駐足的平地。但奧本海默和斯奈德在論文《論持續引力收縮》[3]（On Continued Gravitational Contraction）中證明，事實絕非如此。

一顆普通恒星能夠發光照常閃耀，靠的是核聚變向外產生的壓力與引力向內施加的擠壓之間的完美平衡。那種平衡本身，就是恒星。但當它耗盡燃料——沒有更多氫可聚變成氦，也沒有更多氦可聚變成碳和氧——向外的壓力便會減弱，引力開始接管一切。

對于一顆中等質量的恒星（即質量不超過太陽八倍的恒星），它的外層會被拋射到太空，內部核心則向內坍縮，物質被壓得越來越致密，直到——它停止下來。那兒有一層“地板”。

量子物理定律不允許電子占據同一個量 子態。當電子被塞得越來越緊密時，它們的動量被迫分散開來，由此產生足以阻止引力沖擊的向外壓力（譯者注：這 種壓力被稱為電子簡并壓）。就像勢均力敵的掰手腕選手，它們陷入僵持。我們把這種天體稱作白矮星——一枚致密、藍白色、在天空中微微發亮的余燼。

但假如恒星更大，或者一顆白矮星從伴星那里吸走了一部分質量，電子簡并壓便不夠用了。恒星繼續坍縮，密度不斷上升。電子被壓入原子核，與質子結合形成中子（譯者注：這種過程被稱為逆β衰變）。引力試圖把這些中子也擠進同一量子態，于是它們的動量劇烈增大，產生一種新的壓力接住了這次下墜（譯者注：這種新的壓力被稱為中子簡并壓）。原來“地板”之下，還有一層“地板”。這種新的平衡就是中子星。

可是，如果恒星還要更重——比如它最初擁有太陽二十倍的質量——中子簡并壓也支撐不住了。那又會怎樣？

奧本海默和斯奈德在 9 月 1 日發表的論文中寫道：“如果原始恒星的質量足夠小，或者恒星有足夠多的物質可被輻射從表面吹走，或直接以輻射形式損失，又或者恒星的角動量足夠大，能把它分裂為小碎塊，那么剩余物質便可形成穩定的靜態分布……我們所考察的，是違背這些條件的情形。”

也就是說，他們考察的是：根本不存在“地板”的情形。

奧本海默和斯奈德借助愛因斯坦方程揭示，這顆正在屈服的恒星會不斷縮小，最終達到其“引力半徑”——也就是今天所謂的事件視界。那里是這樣一個邊界：引力強大到極點，時空幾何也扭曲到極點，以致于光仿佛只能原地奔跑；所有向外的路徑都會重新把它帶回內部。

黑洞的基本結構以及其對恒星物質的吸積效應

在遠處觀察的人看來，隨著恒星縮小，光的波長會顯得越來越被拉長，時間會顯得越來越緩慢。這是芝諾式的坍縮：向內落下的物質似乎要花無窮久才能接近視界，永遠也無法穿過去。事件視界看起來像一層地板，但那只是相對觀察者而言。換到下落物質自身的視角，就沒有什么視界；只有世界仍在繼續坍縮，而引力在吞噬了它能找到的一切之后，開始吞噬自身。再也無法召喚出任何反作用力。現實已經無計可施。在一秒鐘之內，萬物收縮為一點，隨后歸于虛無。

奧本海默和斯奈德本人仍抓住一絲希望。奇點的形成——空間、時間與世界的終結——如此令人不安，以至于他們確信自己一定錯了；他們一定遺漏了“某種真正能夠抹平奇點的、本質性的物理事實”。

侵擾我們的私生活

那不宜提及的死亡味

冒犯著這九月的夜晚

電話線斷掉之后

那年 9 月 1 日清晨 4 點，但澤中央郵局的電話線路中斷了。位于波蘭走廊中的但澤是一座半自治城市，但鐵路和郵政由波蘭人運營。德國人切斷電話線四十五分鐘后，波羅的海上空響起了第一陣槍聲。志愿者紛紛趕來保衛這棟建筑：戰斗工兵、陸軍預備役少尉康拉德·古德斯基（Konrad Guderski）；郵局局長揚·米雄（Jan Michon）；51名波蘭雇員；以及大樓管理員、他的妻子和他們 10 歲的女兒埃爾維娜（Erwina）。納粹逼近時，他們架起了機槍、各式步槍和手榴彈。

在華沙，防空警報響徹整個城市。通勤者從有軌電車中涌出，躲進最近的建筑物。警察催促零散的行人趕緊進屋。在畢蘇斯基廣場[4]，一戶農民丟下馬車，跑去避難。一切寂靜無聲。細雨落在空蕩蕩的街道上，落在遺棄在道路中央的公共汽車、汽車和電車上。隨后，其中一名農民又跑回到外面，把飼料袋綁到馬的嘴邊，再迅速躲回屋內。

但誰能活得長久

在欣快癥的夢里

望著鏡子他們看到

帝國主義的面孔

和國際壞事

原子核的最后一道防線

原子核本來被認為是穩定的。當然，你可以轟擊它們，它們會放出一兩個粒子，就像石頭被崩掉一些碎屑；但石頭本身仍在。后來，化學家用中子轟擊鈾原子，結果卻得到了鋇——一種在元素周期表中位置相差極遠、令人完全無法理解的元素。仿佛鈾原子核從中間裂成了兩半。沒有人知道這怎么可能。但在他們 1939 年 9 月 1 日發表的論文《核裂變的機制》（The Mechanism of Nuclear Fission）中，玻爾和惠勒表明，原子核與其說像石頭，不如說更像水。他們寫道：“本文基于原子核與液滴之間的類比，對裂變過程的機制及其伴隨效應作出了詳細論述。[5]”

在由質子和中子構成的原子核中，帶正電的質子之間存在相斥的靜電力，它施加向外的壓力，威脅著要把整個原子核炸開；與此同時，只在短距離內起吸引作用的核力又把它們維系在一起。在某些重同位素中，例如鈾-235或钚-239，質子和中子的構型正處于穩定性的邊緣。一個中子撞上去，整個原子核便會變形，就像從水龍頭垂下、被拉長的水滴。在論文中，玻爾和惠勒通過計算展示了這種變形的不同階段：它如何振蕩、拉長，又如何試圖維持自身完整。

液滴從水龍頭中落下時不斷變形、振蕩的過程[6]

有時，原子核能夠承受這次撞擊并恢復。它可以吸收中子，發生變形，然后通過發射伽馬射線甩掉多余能量；中子在原子核中找到位置，原子核作為一種更重的同位素重新穩定下來。有時，它會把中子重新吐出去，或將一個中子轉變為質子，或是在亞穩態中搖擺，之后才找到新的基態。

但玻爾和惠勒表明，有時會出現一個無法回頭的臨界點。中子恰好使這顆“液滴”變形到無法復原的程度。它被拉長，中間收窄；一團團質子和中子聚在兩端，核力勉強把它們維系在一起，就像表面張力把水滴懸在水龍頭上，而它已隨時準備滴落。

液滴模型所描述的原子核裂變過程

玻爾并不喜歡“裂變（fission）”這個詞。“它的動詞是什么？”他問惠勒，“你總不能說一個原子核‘裂了個變（fishes）’吧？”，但此時一切為時已晚。只在近距離有效的核力無法跨越這個被拉長的形狀，而靜電斥力卻作用于完整距離，把兩半猛然推開。玻爾和惠勒寫道：“隨著原子核的分裂，將釋放出極大量的能量。”

但裂變的結果并不只是能量，也會產生更多中子。只要把多米諾骨牌以恰當方式排好，你就可能啟動一場鏈式反應。

迷失在鬧鬼的樹林

害怕夜晚的兒童

從未有過快樂或滿意

世界在下墜，生活仍在繼續

倫敦的孩子們在全城每一座火車站排隊，一只手緊握母親的手，另一只手拿著防毒面具。美國與歐洲之間的電話服務被切斷。英國銀行把資金轉移到鄉間莊園。燈火管制開始實施；交通信號燈被套上開有狹縫的硬紙板罩。在倫敦動物園，為防止危險動物在混亂中逃逸，40 條毒蛇和幾只黑寡婦蜘蛛被實施安樂死。三千名出租車司機加入消防部門，在他們的出租車上裝配了拖車式水泵。在曼徹斯特，3600 名孕婦被疏散。（報紙報道，留下的男人們不得不自己給自己做早餐。）在開羅，圖坦卡蒙石棺上的珠寶被裝進防爆地下室。在巴黎，圣德尼拉沙佩勒教堂最后一塊彩色玻璃被拆下，小心收藏起來。

因為錯誤繁殖于

每個男人和女人的骨子里

渴望它不能擁有的東西

不是愛大家

而是被獨愛

還有更多事情仍在發生。在馬薩諸塞州希思鎮，人們贈予諾瑪·貝爾一籃鮮花，以表彰她在新英格蘭電話公司服務了 24 年。在新貝德福德，排污工人找回了黛西·弗萊明遺失的錢包。在賓夕法尼亞州比弗福爾斯，一只大丹犬獻血，救下了一只名叫 Tiny 的波士頓梗犬。在俄亥俄州克利夫蘭，數百名兒童參加了烤棉花糖活動。而在大西洋的另一端，正午的柏林，遠處傳來槍聲；人群看見一群鸛鳥飛過，歡呼起來。

夜晚毫無設防

我們的世界在昏睡

然而，在正義互換信息之處

譏諷的燈光在閃動

臨界點之后：誰來把世界拉回平衡？

在生命中，在宇宙中，都存在臨界點，存在無法回頭的時刻。有時你墜落，會有東西接住你；有時你只會不斷地下墜。我們總想相信，萬事萬物在其核心都是穩定的，就像蒼穹中恒定不移的星辰；可實際上，一切始終處在邊緣，自然力把所有事物推向極端，推向它們破裂的地方。正因為途中存在一些節點——真正意義上的風暴眼——各種力量在那里暫時相互抵消，或彼此牽制，時空、結構和社會才能至少維持一小段時間。直到某種事物再次將它們推離平衡，某一股力量掙脫束縛，再無剎車。這會觸發鏈式反應：中子作用于中子，引力疊加于引力，恐懼加劇恐懼，權力強化權力。當它發生時，便無法回頭。僅若我們足夠幸運，最終方能抵達某種新的平衡。

但這里或許正是奧本海默和斯奈德擔心自己遺漏的那條本質事實：恒星和原子會屈服于自然力；但你和我，同樣也是自然力。我們可以反向施力，在世界徹底脫離掌控之前，努力將它扳回某種穩定狀態。

也許，我就像它們一樣

由愛和塵土構成

被同樣的虛無與絕望圍攻

放射出一束堅定的光芒

[1]Dizzy's（Dizzy Club）：20世紀30年代紐約曼哈頓中城西52街附近的一家酒吧，毗鄰當時著名的爵士樂街區。1939年9月1日，英國詩人W. H. 奧登在此目睹紐約的夜生活，并在德國入侵波蘭、第二次世界大戰爆發當天寫下了著名詩作《1939年9月1日》的開篇。值得注意的是，這里的Dizzy酒吧很可能并非今天紐約曼哈頓林肯中心以爵士樂著稱的Dizzy‘s。

[2]1939年9月1日，納粹德國入侵波蘭，第二次世界大戰爆發。德軍憑借裝甲部隊、空軍和機械化部隊的協同進攻迅速突破波蘭防線，歐洲由此進入全面戰爭時期。

[3] J. R. Oppenheimer and H. Snyder, “On Continued Gravitational Contraction,” Physical Review 56, 455–459 (1939). 譯者注：該論文由奧本海默和其學生斯奈德合著，提出了著名的Oppenheimer-Snyder塌縮模型，將恒星近似為均勻、無壓的球對稱塵埃云，研究其在廣義相對論下引力收縮的演化。

[4]畢蘇斯基廣場不僅是華沙的中心廣場，更是波蘭國家獨立和民族記憶的象征。1939年德國入侵波蘭后，這里很快成為納粹占領統治的象征性地點，其命運也映射了波蘭在戰爭中的遭遇。

[5]玻爾和惠勒提出的液滴模型將原子核視為具有表面張力和形變能力的液滴。當重核吸收中子后，可能因形變過大而分裂成兩個較輕的原子核，從而發生核裂變。

作者：Amanda Gefter

翻譯：Wonder

審校：姬子隰

fu

li

shi

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今天我們將送出由中國人民大學出版社提供的《意識簡史》。

當AI超越人類，意識是否仍珍貴？這是一部關乎存在與未來的必讀之書。

站在21世紀中葉的門檻，我們不得不承認：人類正面臨一場前所未有的“意識危機”。這種危機一方面源自科學技術對人類意識的挑戰；另一方面則出自我們對自身定位的迷茫。意識究竟是什么？它從何處來，又將向何處去？這些問題如同夜空中最遙遠的星辰，既璀璨奪目又令人費解。

世界人工意識協會理事長段玉聰教授撰寫的這本《意識簡史》，試圖以兼具哲思、科普與文學性的筆觸，帶領讀者踏上一段探索意識簡史的旅程。在這里，我們將縱覽意識的演化歷程，領略前沿理論對意識之謎的種種詮釋，并直面當今時代有關意識的挑戰與危機。從遠古祖先的第一次靈光乍現，到現代人工智能的崛起帶來的震撼，我們將層層撥開意識的面紗。

【互動問題：奧本海默—斯奈德的恒星引力坍縮模型與玻爾—惠勒的原子核液滴模型，分別描述了宇宙中極大與極小尺度上的物理系統。盡管兩者尺度相差懸殊，它們的穩定性都取決于不同物理機制之間的競爭；一旦系統越過臨界點，原有結構便可能不可逆地瓦解。

物理學中，微觀世界與宏觀宇宙之間為何會出現這類相似的結構和規律？請結合你的理解談談這種跨尺度對應，或是舉個例子說明。】

請大家嚴格按照互動：問題答案的格式在評論區留言參與互動，格式不符合要求者無效。

截止到本周四中午12：00，參與互動的留言中點贊數排名第二、三、五的朋友將獲得我們送出的圖書一套（點贊數相同的留言記為并列，并列的后一名次序加一，如并列第二的后一位讀者記為第三名，以此類推）。

為了保證更多的朋友能夠參與獲獎，過往四期內獲過獎的朋友不能再獲得獎品，名次會依次順延

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編輯：7號機

翻譯內容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場