星际穿越（2017年物理学奖获奖者作品）

量子物理学博士与剑桥大学科普作者强强联合，每一章都有特别的主题，涉及天体物理学、神经科学、心理学、植物学、人工 智能、进化论等多种科学领域，展现前沿领域的奥秘。 “我们能实现时间旅行吗？”“黑洞里面到底是什么模样？”“病毒能把人变成丧尸吗？”“我们活在虚拟世界里吗？”……该书风趣又严谨地讨论了这些让人十分好奇的问题，让人在科学研究、科幻和电影的边界轻松漫游，是充满探索精神的读者以及科幻电影爱好者不能错过的佳作。 1 火星救援 2 侏罗纪公园 3 星际穿越 4 人猿星球 5 回到未来 6 惊变2

星际穿越（2017年物理学奖获奖者作品）

• 第一部分 宇宙奥秘，穿越之钥
  • 01 宇宙的终极真相
    • 大爆炸，宇宙诞生
    • 万亿星系与黑洞
    • 太阳系
    • 恒星的死亡：白矮星、中子星和黑洞
    • 宇宙中的电场、磁场与引力场
  • 02 主宰宇宙宿命的法则
    • 揭秘物理世界的四大定律
    • 科学事实、有根据的推测和猜想
  • 03 弯曲时空和潮汐力
    • 爱因斯坦的时间弯曲理论
    • 弯曲的空间：超体和我们的宇宙膜
    • 潮汐力，米勒星球巨浪的来源
  • 04 黑洞，光都无法逃逸的牢笼
    • 蹦床上的蚂蚁，黑洞弯曲的空间
    • 视界困住的信号，黑洞弯曲的时间
    • 无可抵抗的空间“漩涡”
    • 精确刻画黑洞附近的弯曲时空
    • 从宇宙中观测到的黑洞外貌
    • “踩着彼此的肩膀”的黑洞发现史
• 第二部分 卡冈都亚，黑洞中的巨人
  • 05 黑洞卡冈都亚的构造
    • 1亿倍太阳质量，米勒星球被撕裂的临界点
    • “天上一时，地上七年”，自旋速率大揭秘
    • 卡冈都亚的结构奥妙
    • 火壳，被禁锢的光线
  • 06 引力弹弓
    • 21世纪科技都无法解决的加速困境
    • 驶往米勒星球的弹弓之旅
    • 星系中心的中等质量黑洞，最佳弹射弹弓
    • 超级文明的航行轨迹
    • “卡西尼”号，现实中的“巡逻者”号
  • 07 打造黑洞卡冈都亚
    • 黑洞阴影及其火环
    • 无自旋黑洞的引力透镜效应
    • 快速自旋黑洞的引力透镜效应
    • 制造《星际穿越》中黑洞和虫洞的视觉特效
    • 引力弹弓旅程中的景象
  • 08 瑰丽奇美的吸积盘与喷流
    • 类星体，小天体里的大能量
    • 能量发动机——黑洞与吸积盘
    • 喷流：从回旋空间中提取能量
    • 吸积盘从何处来？潮汐力撕裂恒星
    • 卡冈都亚的吸积盘与丢失的喷流
  • 09 事故是进化途中的第一步
• 第三部分 地球大灾难
  • 10 毁灭人类文明的枯萎病
    • 库珀的世界——只比活命好一点儿
    • 何种灾变才是罪魁祸首
    • 泛型枯萎病，所有生物的终极杀手
  • 11 氧气危机
    • 可呼吸氧气的生产与破坏
    • 海洋翻动，所有人都将死于二氧化碳中毒
  • 12 星际旅行, 寻求地外生命支持
    • 最近恒星离我们有多远？
    • 21世纪技术条件下的旅行时间
    • 未来的技术
    • 热核聚变推进系统的实现时间表——22世纪晚期？
    • 激光束与光帆技术的实现时间表——22世纪？
    • 双黑洞的引力弹弓
• 第四部分 虫洞，超太空 跳跃的桥梁
  • 13 虫洞，危险与希望的并存体
    • 苹果，虫洞之名的灵感源
    • 福拉姆虫洞，最早的虫洞
    • 虫洞的塌缩
    • 《超时空接触》，一个可穿行虫洞的疯狂构想
    • 可穿行虫洞应该是什么样子？
    • 虫洞是否可以像天体一样在宇宙中自然存在？
    • 超级发达文明，可穿行虫洞的唯一希望？
    • 一个极度未知的领域
  • 14 《星际穿越》中虫洞的可视化
    • 虫洞的引力和时间弯曲
    • 3大“把手”，虫洞形态各异的根源
    • “把手”如何影响虫洞的外观？
    • 虫洞长短，穿越景象各异的决定者
    • 虫洞的透镜宽度，引力透镜效应大不同
    • 《星际穿越》中动人心魄的虫洞
    • 穿越虫洞之旅
  • 15 引力波如何发现虫洞
    • LIGO发现引力波暴
    • 当一颗中子星围绕黑洞公转时
    • 引力波源，虫洞的另一端
    • 诺兰缘何弃用引力波？
    • 引力波以及探测引力波的仪器
    • “宇宙弯曲的一面”
    • 原初引力波，宇宙诞生一瞥
• 第五部分 探索卡冈都亚 的周边
  • 16 米勒星球，未被吞噬的幸存者
    • 米勒星球的运行轨道
    • 时间变慢与潮汐力形变
    • 空间回旋，米勒星球速度的制衡要素
    • 米勒星球上的巨浪
    • 米勒星球的“一生”
    • 从米勒星球遥望卡冈都亚
  • 17 黑洞卡冈都亚振动之谜
    • 未被罗米利展示的重要数据
    • 共振频率，驾驭引力异常的关键
  • 18 第二选择，曼恩星球
    • 曼恩星球，一个缺少太阳的世界
    • 通向曼恩星球的旅程
    • 冰云，到达曼恩星球
    • 是谁打造了曼恩博士的地质数据
  • 19 “永恒”号的夹缝求生
    • 潮汐力与“永恒”号的设计
    • 曼恩星球上方轨道处的真实爆炸
• 第六部分 极端物理
  • 20 第四维度和第五维度
    • 作为第四维度的时间
    • 超体：真实还是虚构？
    • 第五维度
  • 21 预示未来人类的超体生物
    • 二维膜与三维超体的碰撞
    • 当五维世界的超体生物穿过我们的三维膜时
    • 超体生物的特征和他们的引力
    • 《星际穿越》中的超体生物
  • 22 限制引力
    • 五维空间的引力难题
    • 膜外维度是卷曲的吗？
    • 膜外维度：反德西塔（AdS）弯曲
    • AdS三明治：超体中的充足空间
    • 危险：三明治是不稳定的
    • 穿越AdS层
  • 23 引力异常，墨菲口中的“幽灵”
    • 火神星，水星轨道异常进动的幻象
    • 星系之间相互绕转轨道的异常
    • 宇宙加速膨胀的异常
    • 条形码式灰尘，《星际穿越》中的引力异常
  • 24 布兰德教授的方程
    • 墨菲和教授两人的笔记以及黑板
    • 第五维度，引力异常的来源
    • 超体场，引力强度的控制因素
    • 虫洞必须连通！
    • 保护我们的宇宙不被摧毁
    • 教授方程的终极答案
  • 25 奇点和量子引力
    • 量子定律，一切宇宙问题的解
    • 奇点：量子引力的领地
    • 基普vs.霍金，裸奇点的赌局
    • 黑洞内的BKL奇点
    • 黑洞的下落奇点与外飞奇点
• 第七部分 穿越之门已经开启
  • 26 临界轨道，“火山口”的边缘
    • 潮汐力，使“永恒”号挣脱曼恩星球
    • 临界轨道和火山类比
    • 火山的含义：引力能和圆周运动能
    • 临界轨道：离心力和引力的平衡
    • 边缘处的灾难：塔斯和库珀的弹出
    • 驶向埃德蒙兹星球
  • 27 进入黑洞卡冈都亚, 落入视界的库珀与塔斯
    • 为什么让库珀掉入黑洞？
    • 穿过视界——永无对等的信号收发
    • 下落奇点vs.外飞奇点，击中“巡逻者”号的最佳选择
    • 库珀在卡冈都亚内部看到了什么？
    • 被超立方体营救
  • 28 超立方体
    • 点-线-平面-立方体-超立方体
    • 库珀被运送到超立方体中
    • 停靠：墨菲卧室的景象
    • 诺兰复杂化的超立方体
  • 29 向过去传递信息
    • 向电影《星际穿越》的观众传递规则
    • 克里斯托弗·诺兰关于时间旅行的规则
    • 传递信息给墨菲
    • 没有超体的时间旅行
    • 有超体存在的时间旅行
    • 给墨菲传递信息——一个物理学家的解释
    • 穿过第五维度接触布兰德
  • 30 发射太空殖民飞船
    • 科学的指引
• 附录1 在哪里可以获得更多信息？
  • 所写的科幻小说《接触》而发明的，作为小说中时间旅行的一种手段，它是外星人向人类传送的一个信息。虫洞实质上是一种快速穿越浩瀚宇宙的手段，提供了参观外星人星系的方式，以便人类更了解他们一一这是一次终极游学之旅。
  • 索恩的设想是这样的：找到一条穿越时空的天然隧道，它被称为爱因斯坦-罗森桥。先别急着怀疑：隧道还真有可能存在。这个概念于1935年由爱因斯坦和他的朋友纳森·罗森率先提出，指出两个黑洞的核心之间可能有连接点。毕竟空间和时间在黑洞核心会分解，也就是我们更熟知的“奇点”。那么，该如何解释所有的奇点互不相连，每一个传送门都通向不同的时空区域呢？
  • 如果你能把两个分离的黑洞互相连接起来，你就有了连接两个空间或时间区域的“虫洞”。显然，找到一个连接你起始位置以及要去的终点位置的虫洞，是另一大挑战，但是我们现在谈的是细节问题。有个想法是（用某种方法）把虫洞引向中子星，因为中子星有超强引力场，能使时间变慢。把虫洞开着的口靠得足够近，你就能让两端产生时间差。当时间差足够大时，你就能从一端进入，然后在不同的时间从另一端出现。
  • 实际上没那么简单。太空和橡皮筋的性质有点像，在被拉伸时会产生阻抗，尤其是到临界点的时候。因此，如果把太空拉伸到足以创造出虫洞来，你就要对抗阻力，使虫洞保持张开的状态。为了做到这一点，你需要物理学家所说的“负能量”，但是他们不确定它是否真的存在于宇宙中。
• 附录2 技术札记
  • 虫洞
    • 爱因斯坦的广义相对论认为，宇宙是在一个由时间和空间组成的世界中运行的，我们称之为时空。从《星际穿越》中能了解到，时空无疑是弯曲的。任何质量和能量都会扭曲时空，如果质量和能量的密度足够大，时空扭曲的程度就会变得相当厉害。
    • 正是空间的扭曲才导致行星可以沿着称为轨道的曲线轨迹运行。而时间也可以弯曲，导致物体在奇异的时间状态下穿行，这一概念比较难理解。但是事实上，如果能把时间弯曲到一定的程度，你就能创造一个闭环，使你可以在同一时间一直返回原点位置。这就是闭合类时曲线。
    • 奥地利数学家库尔特·哥德尔是第一个从数学角度对此做出解析的人。他把这一发现写进一篇评论相对论影响的文章中，并在1949年交给了爱因斯坦。可以肯定地说，爱因斯坦对这篇文章颇不以为然：他认为考虑到物理约束对宇宙的影响，这一发现也许永远不可能实现。
    • 在某种程度上，爱因斯坦提出的怀疑是正确的。哥德尔的计算基于一个只转动不扩展的宇宙空间，但是据我们所知，宇宙是只扩展不转动的。也就是说，在宇宙空间里，你不可能自然而然地让哥德尔的闭合类时曲线发生。
    • 子主题
      • 理论物理学家四十年来一直想努力解决这一悖论，而且相当狂热。量子物理学家的头脑中充满奇思怪想，这点无人可及，而黑洞激发的离奇怪异也同样无物可及。最新的解释和一个火球形的外壳有关，在进入信息丢失的区域之前，它会将一切越过事界的物质焚烧殆尽。
      • 然而，这个“黑洞防火墙”也有自身的问题。因为相对论说要是有人在引力的作用下坠入黑洞，是不会注意到身边发生的任何奇怪现象的，因为他正在穿过事界。而你要是全身着火，即便之前喝过一两杯酒稳定情绪，也很难不注意到这一点。
      • 有什么解决悖论的途径吗？还没有，但是有些念头更疯狂。其中一个想法涉及在冷冻量子状态下的物质形成的屏障——换种说法，就是一种以粒子为基础的冰墙。另一种解决方案，是说黑洞从来没有真正形成：塌缩的恒星在最后关头会像一个迅速膨胀的气球那样重新“弹”起。
      • 还有一种解释是黑洞内部的时间倒流，导致信息又流了出来。我们只能确定一点：这些说法没一个正确的。还有一种更平凡无奇的解释，人们至少有机会对它进行检验。如果说信息根本没有坠入黑洞，而是停留在事界的表面，受困于时间和空间互换角色的边界呢？如果信息停留在那里，我们就能见识到它是如何被编码的，就会得到引力和量子如何相互缠绕和作用的重大线索。换言之，我们有可能接触到量子数据。
    • 然而，时间旅行这一概念仍然可能实现。理论上，你可以为自己创造闭合类时曲线，而且不一定需要磁通电容器就能做到。广义相对论告诉我们，只要把时空弯曲到极致，就能创造一个时间闭环。一旦有了它，你进入闭环便能随意重返历史上的同一时刻。不过无论是布朗、布鲁克斯还是爱因斯坦，这些德高望重的博士都会告诉你：要创造这样一个闭环，需要高密度的质量或能量。有几种方式可以创造这样一个闭环。目前看来一切顺利，对吧？没错，我们可以进行时间旅行。
• 奇迹幸存者
  • 马克·沃特尼相当厉害，不过现实中的宇航员也创造过不少惊人的壮举。其实从1961年起，宇航员就依靠科学力量在太空中找出一条生路。你也许了解在“阿波罗十三号”飞船上发生的液氧箱爆炸事件中，宇航员是如何化腐朽为神奇，扭转了灾难性的局面。从这件事中得出的经验是：如果你要飞去火星或是太空中的任何地方，一定要带好胶带。在无数个千钧一发的时刻，它都是保命的关键因素。
  • 在“阿波罗十一号”完成登月任务的过程中，巴兹·奥尔德林靠一支圆珠笔挽救了宇航员的性命。当时发动登月舱引擎装置的电路开关失灵了，那意味着除非能修好电路，否则他和阿姆斯特朗就要被困在月球上了。地面控制中心急忙尝试各种解决办法，这时奥尔德林想到，圆珠笔也许可以在不引发火花或是不造成装置短路的情况下，关闭电路的触头。
  • 有史以来依靠科学在太空中找出一条生路的事件中，最了不起的一次发生在1963年。当时，戈登·库珀乘坐的“水星-大力神九号”运载火箭在轨道中失控了。读取火箭高度、方向和角度的数字显示器全都失灵，自动稳定和控制系统也随之关闭。随后，让人迷失心智的二氧化碳在舱内弥漫开来。库珀仔细观察星星，算出他所在的位置和方向，然后用自己的天美时腕表精准地计算出发射制动火箭的时间，把航天器的角度和速度调整到安全返回的状态。最终，他完成了前无古人的精准溅落地球的壮举。服不服气，沃特尼？
• 恐龙
  • 子主题
• 混沌理论——复活总会出错吗？
  • 混沌理论是“专门探讨错综复杂的系统中存在的不可预测性”，这是杰夫·高布伦对劳拉·邓恩说的。当然，劳拉还不满足于此，杰夫不得不使出浑身解数来调情:水滴掉落在她的手指间，他抚弄她的头发，握住她的手，谈论她皮肤的瑕疵，为掉落在她指间的水滴可能产生的结果编了一套大不相同的说辞。实际上，与其说这是一个理论，还不如说它是对某些情况下发生的事件的叙述。这些情境中存在某些物理特征或属性，对于条件的变化表现得异常敏感。这一情况可能曾经发生在恐龙身上。为什么这么说？因为我们要举的另外一个例子就是太阳系中行星和各种小行星的运行轨道。一般来说行星轨道是稳定的，但是小行星带中陨石的运行轨道对周围地心引力的微小变化极度敏感。亿年一遇的某种特定行星排列足以动摇小行星原本稳定的轨道，加上新的地心引力，小行星就偏离了原来的运行轨迹。当它的运行轨道进入混沌状态，任何事情都可能发生，包括撞击地球。根据加利福尼亚大学洛杉矶分校研究人员的说法，大约6500万年前发生过一段时间的天体混沌现象，恐龙大概就是在那段时期灭绝的。混沌理论不止和物理有关，自然界似乎也是一个混沌体系。它的混沌在于，比方说昆虫数量的细微差别就可能导致生态系统灾难性的崩盘；或者像某些种类的鲨鱼那样，动物的不孕不育会触发自我克隆的能力；抑或是拼接的基因代码碎片可能产生不稳定的状态，导致诸如迅猛龙这类生物的习性发生天翻地覆的变化。换句话说，要是招惹大自然，人类将自取灭亡。
  • 《黑洞》（1979）美国帕罗米诺号上的宇航员发现有一艘宇宙飞船停在黑洞旁边。它为何没被吸入黑洞呢？因为它产生了一个神秘的“零重力”气泡。人们后来发现，黑洞内住着诡异的生物。基普·索恩构思的五维空间里的生物，其（可怕的）灵感或许就来源于此。
  • 《迷失太空》（1998）故事发生在2058年，污染导致地球不再适宜居住。（和灾难性的农作物枯萎有点雷同，是不是，索恩，我们找到你的套路了.…..)这部电影由《老友记》的“乔伊”主演，片中的黑洞是行星塌缩造成的。正如我们所知，这是在一般的物理定律适用的宇宙中不会出现的情况。
  • 《黑洞危机》（2006）出演《早餐俱乐部》的贾德·尼尔森成长为一名粒子物理学家，他制造的原子加速装置意外打开了黑洞，一个怪异的生物从中出现了。说不定你的灵感是它，索恩？
  • 《深海圆疑》（1998）人类在太平洋海底发现一艘貌似外星来的飞船，认为这艘船是通过黑洞到达这里的。实际上，它是一艘未来的美国宇宙飞船。本片故事改编自迈克尔·克莱顿的小说，拍成电影后票房一路走低，越来越糟。达斯汀·霍夫曼、塞缪尔·杰克逊都有比在这部影片中更出色的表演。
• 人猿星球
  • 一部“提出假设”的经典类型片。要是人类失去了统治地位怎么办？要是猩猩用我们对待它们的方式对待我们怎么办？要是别的动物会说话怎么办？要是蒂姆·波顿说“不，有人能做得更好”怎么办?尽管没有明确说明，这部电影其实讲述了进化过程的千辛万苦。人类容易犯的最大错误是想到进化的时候，就认为进化有最终目标。其实进化没有目的。用简单的话说，一个生物体DNA的随机变化有时候会产生新的生物特征。这些特征可能有用，但更多的时候是无用的；偶尔会比无用更糟，比如使某种生物更难存活。最有用的生物特征之所以留下来，是因为它能够对生物体和环境的关系产生积极影响，这就是物竞天择。在这场漫长的大规模的选择游戏中，我们要提出一个问题：人类是如何成为地球主宰的？
  • 所谓的“成为主宰”是指什么？我认为要是细菌会说话、能思考，它们会觉得自己才是统治物种。
  • 纯粹是因为重量或数量吗？
  • 没错。地球是有人类数量千万亿倍的微生物的家园。你体内有60万亿的单细胞生物。
  • 那就不是我的身体了，不是吗？我体内的细胞寡不敌众啊。
  • 往好的方面想，你体重的增加可能并不是你的错。
  • 最好先从两条免责声明说起。第一，“成为主宰”当然是很主观的说法。人类不是数量最多的物种，却是影响力最大的，也是受到其他物种威胁最少的。并不是说这就是好事，只是说人是这个星球的统治力量，是唯一有能力把一切搅得天翻地覆的物种，比如…….（详见《侏罗纪公园》一章。）
  • 第二，我们得出的推断主要依赖拼凑而成的化石记录。也就是说，我们自以为了解的人类进化史和登顶之路，在很大程度上依赖的是直觉和推理，而不是清晰明了、无可辩驳的证据。事实上，地面上（和地底下）的证据都很单薄。要证明某一个因素对进化负有全责是几乎不可能的。通常它就是一个经典的“鸡生蛋，蛋生鸡”的问题：我们有大脑是为了维持庞大的社会群体，还是我们有了大脑才开始以大的社会群体的方式生活？我们的牙齿变小了，是因为不再相互撕咬，还是我们不再相互撕咬，是因为牙齿变小了？其实进化史比这个问题要复杂得多，但是—一先剧透下——我们很可能永远也不会知道全部真相。鉴于此，下面要说的是我们自以为的人类走向统治地位的真相……
  • 大约2000万年前，因为残暴的猿类，人类还无法进化发展。当时至少有上百个物种在地球上活动。但是后来，因为全球气候的变化，森林面积大幅度缩小，这对我们的“猿类朋友”来说是个坏消息，因为它们已经相当适应丛林生活了。猿类喜爱的栖
• 威胁
  • 全球核战争时间：随时可能一触即发威胁
  • 等级：8——部分生物(极有可能是人类)将会幸存
  • 解决方案：开始在地窖加装防辐射措施
  • 小行星撞击地球
  • 时间：不好说，不过下个世纪我们可能还是安全的
  • 威胁等级：9——看看恐龙就知道了
  • 解决方案：布鲁斯·威利斯出手
  • 险恶的流行病毒
  • 时间：随时
  • 威胁等级：7——一场凶险的流行性感冒会让数百万人丧命
  • 解决方案：住在隔离间，不和任何人接触
  • 计算机模拟程序关闭
  • 时间：不好意思，随时可能发生（详见《黑客帝国》)
  • 威胁等级：如果我们活在模拟世界中，等级为10，否则等级为0
  • 解决方案：别再谈论活在模拟世界中了，可能会让某些人恼羞成怒
  • 人工智能接管世界
  • 时间：可能已经发生了（详见《机械姬》)
  • 威胁等级：6——可以关闭人工智能
  • 解决方案：让它们忙着下围棋、打老式雅达利游戏
  • 子主题
    • 三尖树时代
    • 这里要讲一个警示性的故事，尽管涉及的是鸡和鹌鹑，但也许会让我们对拿猩猩随便做实验的行为有所收敛。哈佛大学的埃文·巴拉班提取了鹌鹑胚胎的脑细胞，把它注射进难产的鸡胚胎的脑细胞内。这些小鸡随即就孵化出来了，而且在外行人看来长得和鸡很像。接下来，巴拉班给鸡嘴涂上了发光涂料，不是因为他有怪癖，而是这么做可以观察到它们头部的运动。诡异的现象发生了，这些“小鸡”像鹌鹑一样摇晃头部，也像鹌鹑一样啼叫。
    • 可以肯定地说，那些鹌鹑的脑细胞在某些地方起了作用。可以说现在的情况更加扑朔迷离。要在动物的大脑内植入多少人类脑细胞，才会使它们表现出人类的特征或行为？如果植入黑猩猩体内的人类细胞足够多，它们会不会产生人类的意识？对此，我们会坦然处之、心安理得吗？这些问题的答案分别是：(1）不知道；（2)大概会；（3）可能不会。换句话说，我们要谨慎行事，好吗?总算都说清楚了。基本上可以这么认为：人类能处于主宰地位仅仅是因为我们偶然长了个大脑袋。而我们使用大脑的方式可能导致人类在一只充满魅力的超智慧猩猩面前全盘皆输。
    • 真有那么可怕吗？凯撒似乎很清楚该做些什么。我认为凯撒要比当前许多人类领袖有分寸得多。你难道乐意选一个“人猩混合体”当你的领导人？
• 似曾相识
  • 自从马雷特的父亲因为心脏病去世，他就决心攻克时间旅行这个难题。要是能回到过去就好了，马雷特想。这样他就可以让十岁的自己提醒父亲：改变生活习惯是可以预防心脏病的。从那时起，他就开始读H.G.威尔斯的《时间机器》，并且更努力地学习物理。如今他是研究广义相对论的康涅狄格大学教授。这就是奋斗的动力带来的结果。
  • 马雷特如此执着地渴望实现时间旅行，因此他不想胡乱尝试那些不能变成现实的想法。目前他已经研究出如何制造高强度的光环，让能量把光环周围的时空弯曲成一个圆圈。换种说法，就是在激光的路径内有闭合类时曲线。虽然以目前的设计，他的时光机还不能坐人，不过他说了，这台机器可以向过去发送在亚原子粒子上编码的信息。如今已经七十多岁高龄的马雷特正在为制造这台机器筹集资金。希望他不久就能筹到钱，因为好莱坞对此抱有浓厚的兴趣，想把他的故事拍成大片。
  • 忘记说麻省理工学院时间旅行者聚会的事了。还需要说吗？当然不会有人真的带上来自未来的证据参加大会。但是正如蒂娜·菲事先在《周六夜现场》中指出的那样，聚会要是真的烂到家，来自未来的人们应该能预料得到。也就是说，聚会一定糟糕透顶，所以他们都没去。等一下，这样就变成无限的循环了，不是吗？聚会之所以糟糕透顶是因为大家决定不去，不去的原因是它糟糕透顶，因为事实上没有人参加….….都是
  • 《回到未来》中就有这么一个精心设计的悖论。马蒂回到他母亲还是学生的时代，不料母亲洛莲却深深爱上了他。这样他不得不排除万难，确保他未来的倒霉蛋父亲乔治会在学校舞会上和洛莲成为一对。这件事发生的可能性越小，马蒂和他的手足就越有可能在他顺手从未来带回的照片中消失。这就是祖父悖论，电影中将它处理得噱头十足。当然，消失和重现的影像背后存在的化学问题还有待探讨，不过我们也不必纠结于这种表面问题。
  • 霍金在看这部电影的时候一定毫不慌乱。因为他不相信有改变历史的方法：你没办法杀死祖父，因为你活了下来。如果你想回到过去杀死祖父，你会发现总有什么事发生，来阻止你的行动。你的时光机会出现故障、枪囗会被堵住、你开第一枪的时候会失误、你会发现杀死的那个人不是你的祖父…….类似种种情形，你懂的。这就是“时序保护”：无论你做什么尝试，冥冥中都注定会失败。
• 病毒
  • 我们最好先描述一下病毒是什么，病毒能做什么。首先，病毒是一种生物有机体……哇哦！我们所说的已经超出科学范畴了。没有人可以确定病毒究竟属于生物学还是化学。换言之，我们不知道它是否有生命。这似乎很可笑，但是定义生命的标准很宽松，而病毒不符合其中任何一条。的确，它们可以自我繁殖，但是没有另一个有机体的帮助，病毒就无法做到这一点。
  • 换句话说，它们不能独立存在，不能在环境中四处传播，也不能作为病毒单独存活下去。病毒必须寄宿于别的生物体内。可能在进化史上，病毒曾经是能自由存活的有机体，但不知道发生了什么，它们在这一进程中丢失了独自存活的能力，需要像我们这样的宿主。
  • 好吧，让我们重新开始。病毒的基本组成结构相当简单。首先是DNA或它的姐妹分子RNA（后面讨论《千钧一发》时还要提到）。这些分子包含复制病毒的物质。为了产生复制体，病毒需要生物细胞内的生化机制。侵入细胞不容易，因为生物有机体有防御机制，比如酶会分解掉外源DNA。因此病毒物质被衣壳所包裹：它是一层无害的蛋白质保护膜。在某些病毒中，衣壳外还覆盖着一层囊膜，囊膜中的物质窃取了宿主祖先的DNA，能帮助病毒轻易进入宿主体内。
  • 病毒的基本组成差不多就是这样。它的结构可以简化到最低限度，因为它只有一个功能：繁殖。它造成的祸害并非有意而为之。事实上，只有坏病毒才会危害宿主：宿主让病毒存活，供给病毒资源，好端端地为什么要搞破坏呢?我们发现大约8%的人体基因其实来自病毒，这证明不是所有病毒都是冷酷无情、只会蓄意破坏的杀手。显然，我们的祖先受到过病毒的感染，植入他们基因的病毒遗
  • 显而易见，病毒一心只求复制的动力对此负主要责任。首先，病毒通过呼吸道(欢迎你，流感！）或者虫子叮咬的唾液（来吧，黄热病！），再或者是借助皮肤的擦伤、割伤或者黏膜（你好啊，疱疹！）进入体内。一旦进入，病毒会吸附在细胞表面，并设法穿过细胞膜。
  • 病毒的种类不同，穿过细胞膜的方式也各异。有一种方式是单纯寄居——脊髓灰质炎病毒就是这样。艾滋病病毒与细胞膜结合后一路被推入细胞内。流感病毒则利用细胞的反应：细胞吞噬病毒，让袭击人体的病毒轻松进入细胞机制。
  • 好戏现在开场了。一旦进入人体，病毒就释放它的遗传物质来操纵复制机制，从而反复多次地自我繁殖。通常宿主细胞会就此阵亡，因为它自身的规律被强行破坏，同时新生的病毒粒子蓄势迸发，又感染新的细胞，这一过程周而复始。进化导致最成功的病毒不仅能创造寄居条件，还能分散开去感染另一个有机体。因此鼻病毒在让你患上普通感冒的同时，还会让你打喷嚏，随之而出的2万个承载病毒的鼻涕飞沫在空气中传播，让别的潜在宿主吸入体内。埃博拉病毒的演化采用的手段则直白得多：它实质上就是让人体液化，这样新生的病毒粒子就能轻易绕开人体限制，传播得更广。
  • 尽管有如此多的顾虑，人类的无心之失、愚蠢行为或险恶用心都不太可能真正导致全球性的病毒流行。更有可能发生的情况是一种前所未见的病毒在某一时刻潜入人类生活的环境中，引起一场浩劫。听上去似乎遥不可及，但其实不然：我们周围存在很多病毒。一茶匙海水就包含大约100万种病毒粒子。事实上，对海洋进行的取样已经揭示出有几百万种病毒还没有机会“着陆”，并“进入”实验室以供鉴定。这意味着还有很多可能导致人类得病甚至死亡的方式。这样一来，第二个问题就合情合理了：如何保护自己免遭感染?
  • 人类正处于进化的军备竞赛之中。病原体在不断演变成新的形态来侵袭我们，以达成目的，我们则通过不断增强免疫系统来对抗它们。这就是为什么去年冬天的流感疫苗到今年就失效了——你需要注射新的疫苗。流感病毒不可能停滞不变。它必须变异才能存活，必须迷惑时刻保持警惕的免疫系统。你该为自身的免疫系统感到自豪。它的防御机制如此复杂，以至于我们至今也没弄明白它的神奇威力是什么。经过数干年的发展，免疫系统自有一套本领来辨别和消除对身体健康构成的威胁，并确保在和流感病毒抗争的过程中把对身体的间接伤害降到最低。通常你的体温会微微升高，感到无精打采，还可能有流鼻涕、肌肉酸痛或吞咽时喉咙疼痛等症状。不过考虑到流感引起的危害，这点症状不值一提。
• 惊变28天
  • 事实上人类有两套免疫系统。一套是“适应性”的，由在血液中循环的各种不同细胞组成。这些细胞产生抗体以及其他分子，用来识别通常与细菌、寄生虫以及病毒有关的特定蛋白质，然后用锁钥机制锁定它们。
  • 适应性免疫系统是后天免疫的源头所在。当人体首次成为病原体的宿主时，体内的某些细胞就能学会产生抗体来消灭它。这些细胞对被感染细胞发出的求救信号做出回应，释放化学物质锁定病毒（或细菌及类似的东西），中止它的猖獗活动；然后有效地防御被感染的细胞繁殖，制造专门扼杀特定病原体的一代又一代细胞。
  • 先天免疫系统有所不同。虽然不能以特异性的方式作用于特定病原体，但是它能抵御任何外来或不寻常的东西。它含有的白细胞中有被称为清道夫的细胞以及T细胞，能识别并消灭细菌。另外还有自然杀伤细胞，它通过识别肿瘤或病毒引起的细胞表面的变化来检测细胞组织的健康状况。此外，还有通过化学作用来标记威胁的酶。它们像激光制导导弹一样，可以引入清道夫细胞以及其他免疫系统的火力支持。同时酶也忙于溶解细菌的细胞壁和消解病毒的表层，这样一来它就更脆弱、更易暴露。这是免疫系统运作产生的炎症反应，通常和发烧等症状关联，是免疫系统为了治愈你，在与病毒的战斗中引起的副作用。我们的免疫系统确实很神奇，疫苗则助了它一臂之力。接种疫苗后，失效、死亡或者毒性减弱的病原体进入血液。你的免疫系统发现了它，产生所需的抗体来杀死特定的病原体。这些抗体会储存在你的体内，使你对特定的病源威胁产生免疫。
  • “狂暴”病毒导致几百万人丧命，但是还有更致命的传染病.….…
  • 由重型和轻型天花病毒引起的天花，是目前唯一从自然界被消除的人类感染病。仅在20世纪，这一病毒就导致多达5亿人死亡。在此之前还有多少人因此丧命，无人可知。
  • 14世纪，流行性淋巴腺鼠疫曾经使人类感染上黑死病，夺去了欧洲1/3人口的性命。大约7500万人死于这场肆虐的流行病。导致疾病大爆发的细菌仍然存在，说不定还会卷土重来。一战末期，西班牙流感引起的病毒大爆发骇人听闻。粗粗一算，全球大约有1/3的人受到病毒感染，有5000万至1亿人死于该流感。疟原虫每年导致200万左右的人口死亡，其中5岁以下的孩子占绝大多数。针对该病毒的疫苗正在研发，进展速度却慢到让人不忍直视，因为大多数被感染的人在非洲、亚洲和南美洲，无力负担治疗费用。艾滋病夺去了2500多万人的性命。尽管我们成功研制出能控制该病毒的药物，可艾滋病对免疫系统的攻击和损毁仍然导致世界上部分地区的人大量死亡，因为他们无法免费获得药物。肺结核是一种危险的细菌感染，每年导致100万至200万人丧生。该细菌寄生在1/3的人身上，每年大约导致1000万人生病。流感每年夺去50万人的性命。它进化的速度如此之快，以至于有效的流感疫苗需要每年重新研发。另一种细菌感染是斑疹伤寒，仅仅在1918年至1922年间就导致大约300万人死亡，受疫情感染的士兵尤其多。虱子身上携带该细菌，在卫生条件差的地方尤其容易传播。如今，这种传染病在很大程度上得到了控制，每年全世界500万感染者中只有1人死亡。
• 黑客帝国
  • 这就是为什么我宁可活在矩阵里，也不愿与你共享一个世界。
  • 在电影中，莫菲斯——由劳伦斯·菲什伯恩扮演——让尼奥对真相有了深刻的洞察。“所谓真实”，他说，“不过是经你的大脑加工和理解的电信号而已。”但第一个提出这一观点的人不是他，有关现实世界是否真实的问题由来已久。
  • 早在17世纪，勒内·笛卡尔就深刻思考过一个问题：自己是否只是一个会行走的大脑，被井井有条的外部世界所蒙蔽。在《第一哲学沉思录》这本书中，笛卡尔设想有一个恶魔把外部世界的种种假象灌输进人们愚昧的头脑中。如果把“恶魔”换作“由机器霸主操控的精密电脑程序”，你就能对尼奥的困境深有体会。
  • 但是有人比笛卡尔更早领悟这一点。公元前4世纪，思想家庄周做了一个生动逼真的梦，梦见自己化作蝴蝶，醒来后不禁想：现在的自己是不是一只蝴蝶，梦见自己变成了人？常识告诉他这不可能，但是他也不能完全确定。“蝴蝶不具备梦见人类世界的感知力”的论点站不住脚，因为如果你都不能确定自己是否在做梦，就不能合理推断“真实”的蝴蝶究竟有多聪明。
  • 在离我们更近的20世纪，包括吉尔伯特·哈曼以及希拉里·普特南在内的多位哲学家假想出一个令人难以接受的概念“缸中之脑”。在这个思想实验中，你想象自己的大脑连上一台可以完美模拟外部世界体验的电脑（或者至少能模拟外部世界）。如果你无法确定自己不是缸中之脑，那就不能排除你对外部世界的认知是虚假的这种可能性。真令人烦恼。
  • 最关键的问题是：这些电信号从何而来？是一个恶魔制造出来的吗？还是一台超级电脑？抑或是通常我们所猜想的那样：是对真实世界刺激的反应?
  • 问题是，你的大脑可以说是一个独立的思维盒子，是在一片黑暗和寂静中待着的颅中之脑（希望如此）。大脑所“感知”的外部世界的一切，都是通过神经电信号来
  • 满有意识表征的生命体。这一设想有点争议——没有人有十足的把握模拟意识——姑且认为我们做得到这一点，那么打个比方，我们就有可能用模拟来“重写”历史，看看事态会有什么不同。这是历史学家和研究进化的生物学家一直在做的思想实验。问题是：模拟技术要达到何种先进程度，才能使虚幻世界变得“真实”？才能一劳永逸地设定生命的开端、意识的觉醒、语言的起源……答案是必须非常非常先进。
  • 如果博斯特罗姆是对的，那么可能会导致未来出现三种情况。这三种情况构成了他的“模拟论证”。第一种情况是，人类在达到必要的技术进步前就已经灭绝。模拟世界不会出现。第二种情况是，人类达到了所需要的技术水平，但是决定不建造模拟世界。或许是因为我们对此厌烦了，或许是觉得这样做有悖道德。最后一种情况是，人类成为令人生畏、精通技术的超级极客，着手进行祖先模拟的行动(或是别的什么
  • 电子天堂
    • 未来学家罗宾·汉森在2016年出版了一本书《机器时代》。书中讨论了这样一种可能性：人类在完全破解人工智能的难题并有能力运行大量由尼克·博斯特罗姆提出的模拟程序之前，也许就能通过电子技术复制自己。他把这些电子复制体称作“机器”，设想每个人都自带一大群机器，分配它们做着大量的工作。有了机器，同时处理多个任务就简单多了。假设你的机器做着有报酬的工作，那你就能高枕无忧地尽享未来生活。要是我们真的生活在一个嵌套的模拟世界中，那么来世这一概念就会有所改变了。长久以来，人类一直对死后复活的想法深深着迷，如果我们只是模拟的人造意识、代码域，一切就不一样了。正如汉森假想的那样，这意味着我们可以在另一台电脑上被轻松复制。或者一个在更高层级的宇宙世界中运行程序的人可以选择让你“重生”，如同创造电子机器一般。在模拟宇宙中，死亡问题就是如此解决的。就好比球队从英冠球队晋级为英超球队，不过英超联赛可能不是最顶尖的联赛罢了。在模拟宇宙中，你可能会反复“重生”，不断在其中重新崛起。虽说在我们之上的模拟器不太会任意重造和提升一个人，不过或许好人能获得这一殊荣……
  • 献身时刻
    • 想过这意味着什么？这说明，电影的种种特效只是大脑欺骗我们的迹象之一，人们对时间的认知更是如此。
    • 时间是人脑构造的一座粗陋而又不牢靠的大厦。你头颅中的胶状物汇集所有可获得的感官信息——比如来自视觉和听觉的线索——营造出一种印象来说明事件的时间长度和顺序。因此，当生活像卷轴般在你面前展开时，大脑所做的不过是把有关外部世界的快照合成起来，这和你观看《黑客帝国》这类影片时的感受一模一样。正因如此，时间的运转因人而异，它取决于信号穿越人体的时长。
    • 很难给人脑对其所处环境的采样率指定一个特定值。然而如果我们想体验子弹时间，要做的也许是急速提升采样率，重新校准“主观时间”(我们感知某种事物持续的时间长短）以及“客观时间”（手表所告知的时间长短）之间的对比。要是大脑明白一一或者自以为明白一—它给接收到的视觉信息设置参数为每秒x帧，随后突然把采样率加速至原来的2倍，提升到每秒2x帧，大脑就会解读为时间长度加倍。换句话说，时间似乎变慢了。主观时间将会被修改，同时客观时间保持不变。答对了，这就是子弹时间。（说句实话，把子弹时间用于提升玩Bingo游戏似乎有点浪费。）
    • 这一想法在某些遗传特征上还是有其正确的一面。例如，眼睛的颜色就是由(相对)简单的基因方程式决定的。根据父母的特性，酒窝、血型、美人沟下巴、指关节长毛、耳垢是干燥还是油腻这些特征都比较容易预测。但是诸如身高和肤色之类的因素，就属于更大范围内的身体特征，受到来自基因和环境错综复杂的双重影响。这一特征群涉及各种不同的生理因素，会导致寿命的缩短。比如迈克尔的“家族性高胆固醇血症”使他血液里的胆固醇比一般人高就是一个例子。不管迈克尔对此如何愤愤不平，这个特征还不算最糟糕的：有些癌症和糖尿病更有可能发生在带有几种特定基因的人身上。
• 机械姬
  • 世界上最好的国际象棋棋手加里·卡斯帕罗夫在与IBM“深蓝”计算机的对决中首次失利后，他把这场败仗形容为“一次惨痛的经历”。他与计算机经历过多次交锋，但这一次却不同。“我能感受到——我能嗅到这种气息——来自棋桌对面的一种新型智慧。”他如是说。
  • 但这场大战却出现了剧情反转：“深蓝”并不真正具备智慧。它没有做任何战术调整，也没有从经验中学到什么。它不过是采取蛮力手段，利用猛烈的处理器速度把所有可能的走法都算一遍，再确定最佳策略。
  • 这里面一点聪明的成分都没有，它不像“阿尔法围棋”那样聪明。这个机器才会真的击垮卡斯帕罗夫。“阿尔法围棋”学过如何下围棋。这款看似简单的亚洲棋盘游戏，要求下棋者用自己的棋子去包围对方的棋子。现在“阿尔法围棋”的下棋水平已经超过了世界上最好的围棋棋手。这真让人惊掉下巴，因为人类下围棋在一定程度上靠的是直觉。即便是最好的棋手也不能说出走每一步棋的原因。有时候他们只需看一眼棋盘，就能凭直觉对棋局做出正确的反应。没有人可以为机器编写直觉程序。但结果证明这大可不必。
• 意识
  • 机器时代的性与死亡
  • 《机械姬》的编剧兼导演亚力克斯·嘉兰使我们认定，内森把机器人设定为女性是有原因的。内森显然对自己创造的机器了如指掌。在现实世界中，性成为人工智能发展的主要推动力已显而易见，而这可能会引发问题。一些研究人员担心，如果出于做爱的目的购买或租借机器人，会让人减少对人类的尊重、降低与人类交欢的欲望。反对性爱机器人运动认为这么做没有任何好处。用人工智能代替工厂工人或出租车司机是一回事，而用它来代替复杂微妙的人际关系就是另一回事了。这场运动的发起人认为，长此以往，人与人之间会缺乏共鸣，真正的人类尤其是女性将会遭受痛苦。
  • 提到痛苦，用机器人来代替人类做军事决策的想法同样存在许多疑问。目前没有任何人工智能有权动用致命武器，可许多军事偏激狂却辩称说我们该这么做。从某种意义上来说，他们的观点是可以理解的。机器具有闪电般的信息处理速度以及目标识别能力。扣动扳机会有什么后果，机器可以用统计数字告诉你答案。你可能会认为机器比人类更适合现代战争，各种有关人类决策失误导致间接伤害的报道更是火上浇油。
• 主题
  • 碳是地球上所有生命的构成要素。它是一种很特别的元素：碳形成了功能良好的长“主链”，使添加各种生命附件变得可能。此外，它还能连接其他稳定而易碎的生命要素。正因如此，碳与氧、氢、氮、磷和硫等化学元素结盟，出色地维护着地球上的生命。
  • 可是生命未必只有碳这一种形式。经常有人提出，硅可能是另一种生命形式的构成要素，因为它和碳有很多相同的化学特性。只不过到了最后，它看上去不太符合正在进行的庞大研究任务的要求。主要问题是，碳和氧结合会形成一种气体——二氧化碳——而硅氧化后形成的是固体二氧化硅。生物化学中一个重要的过程就是氧化，固体物质的形成对有机体而言是严重的问题：该如何处理它？不是说它不能处理，但无可否认的是，处理气体产物要简单很多。
  • 现在让我们回到熟悉的例子上。碳基生命在地球出现后不久就诞生了。我们认为，结构简单的生物——被称为原核生物的微小单细胞有机体——大约38亿年前就已在地球上出现，只比地球这块炙热的小岩石冷却到适合生命生长的时间晚几百万年。现在它们依然存在，比方说以细菌的形式。