我們的宇宙實在是太奇怪了。盡管諸如量子論、相對論和太陽中心說等前瞻性理論現(xiàn)已被普遍接受?？茖W(xué)仍在繼續(xù)向我們展示，宇宙中還存在許多令人費解的現(xiàn)象。
1、高德的不完備定理（G?del’s incompleteness theorems）
高德的不完備定理更像是一組非常有趣的關(guān)于邏輯和哲學(xué)的數(shù)學(xué)定理，而不是嚴(yán)格意義上的科學(xué)。但是整體上，這些邏輯和哲學(xué)與科學(xué)密切相關(guān)。1931年，科特-高德證明了該定理：因為任何稍微復(fù)雜一點的邏輯體系都不可避免自我引用；所以對于給定的任意一組邏輯規(guī)則，除了最簡單的之外，總會存在無法判定（證明或證偽）的命題。這表明了世界上不存在能夠證明或證偽所有命題的終極數(shù)學(xué)體系。一個無法判定的命題可以被當(dāng)成是“我總是說謊”的數(shù)學(xué)形式。由于該命題引用了描述它的語言本身（譯者注：“我總是說謊”有兩方面的意思，一方面是指命題要表達的內(nèi)容“我是一個愛說謊的人”，另一方面也可以指描述它的語言“我說‘我總是說謊’是說謊，其實我不是一個愛說謊的人”），所以永遠無法知道這個命題的真假。盡管如此，并不是只有自我引用的命題才是無法判定的。高德的不完備定理的主要結(jié)論是，所有的邏輯體系都會存在無法證明或證偽的命題。因此，所有的邏輯體系都不“完備”。
不完備定理的哲學(xué)含意廣為傳播。由于沒有一組規(guī)則能夠解釋所有可能的事件或結(jié)果，所以物理學(xué)上的“終極理論”是不存在的。同時，這也說明了“證據(jù)”是比“真相”更不靠譜的概念。這樣的想法令科學(xué)家們惴惴不安。因為這意味著世界上總會存在無法被“證據(jù)”證明的“真相”。由于不完備定理對計算機也一樣適用，這也意味著我們的想法是不完備的。世界上有些想法我們永遠無法明了，這包括我們的想法是否一致（比如說，我們的理性是否包含錯誤，自相矛盾）。這是因為高德的不完備第二定理表示，沒有一種一致的理論能夠證明自己的一致性。這意味著，沒有任何理智的人能證明自己沒有精神病。同樣，如果一個體系證明自己是一致的，那么這就不是一個一致的體系。任何自以為能證明自己沒精神病的人都是瘋子。（譯者注：有點像喝醉的人總是說自己沒醉，自以為“舉世皆濁我獨醒”的屈原情何以堪，無奈只能投江自盡了。自以為“才高八斗遇人不淑”的賈生多么落寞，不得不抱憾而終。）
2、反物質(zhì)逆因果律（Antimatter Retrocausality）
顧名思義，反物質(zhì)與物質(zhì)正好相反。反物質(zhì)攜帶的質(zhì)量與物質(zhì)一樣但是電荷恰好相反。約翰-惠勒和諾貝爾獎得主理查德-弗雷曼，他們基于物理體系中時間應(yīng)該可以倒流的想法，提出了一種反物質(zhì)理論。例如，我們的太陽系軌道向后退應(yīng)該和向前進遵守一樣的規(guī)律。有人因此提出，反物質(zhì)只是時光倒流的普通物質(zhì)。這解釋了為什么反粒子會攜帶相反的電荷。因為如果電子在時光前進的時候被排斥，那么在時光倒流的時候應(yīng)該被吸引。這也解釋了為什么物質(zhì)與反物質(zhì)會消失。這不是因為正方粒子對沖同歸于盡；其實是同一個粒子停止后在時間維度上往回走。在真空中一對粒子產(chǎn)生并消失，其實不過是同一個粒子在時間維度上一會兒往前進，一會兒往后倒，如此不停反復(fù)，不死不休。
雖然這個理論的準(zhǔn)確性有待商榷，它的數(shù)學(xué)方案與其它更傳統(tǒng)的理論一樣。約翰-惠勒起初提出該理論時說，這也許回答了為什么宇宙中所有電子屬性相同的問題。這個問題之前常為人所忽略。他表示，這是由于電子經(jīng)常從宇宙大爆炸與宇宙末日之間飛來飛去。雖然包含時光倒流，但是該理論的數(shù)學(xué)模型并不允許把信息帶回到過去。因為你無法通過移動反物質(zhì)來影響過去，移動它只會影響反物質(zhì)本身，即你的未來。（譯者注：這里實際上蘊含了一個雙重否定，因為反物質(zhì)其實是時間軸上的反向物質(zhì)，它的過去就是你的未來。從某種程度上來說，這解釋了為什么歷史會重復(fù)自己的原因。這就好比回旋鏢，扔出去（普通物質(zhì)）又轉(zhuǎn)回來（變成反物質(zhì)）。）
3、宇宙弦（Cosmic Strings）
在大爆炸之后不久，整個宇宙處于一片雜亂無章的混沌狀態(tài)之中。這意味著細微的變化和瑕疵并不會改變整個宇宙結(jié)構(gòu)。但是隨著宇宙不斷膨脹冷卻，從無序變得有序，一個小小的波動就足以造成巨大的變化。
這就像是在地板上均勻地貼上瓷磚。如果有一塊瓷磚放歪了，其它瓷磚會跟著一起歪；這樣一來，整條線上的瓷磚都沒放好。宇宙弦與此類似，它是時空上狹長的瑕疵帶。大部分宇宙模型都有預(yù)測宇宙弦，比如弦理論里兩種互不相干的“弦”。如果宇宙弦存在，每根弦都像質(zhì)子一樣小，密度卻極大。因此，一英里長的宇宙弦可以和地球一樣重；但是它實際上沒有重力，且僅在改變時空形態(tài)時才會影響四周的物體。因此，宇宙弦本質(zhì)上不過是時空形態(tài)上的“皺紋（wrinkle）”。（譯者注，宇宙弦其實不是物質(zhì)，而是物質(zhì)所處的時空中有瑕疵的部分。也就是說，我們所處的時空本身并非完美。這是不是說像北緯30度，以及生活中的靈異事件并非完全是無稽之談。）
有人認為宇宙弦長得離譜，最長可與上千銀河比肩。事實上，最近的觀察和模擬顯示宇宙弦之網(wǎng)絡(luò)貫穿整個宇宙。曾經(jīng)有人以為這是造成銀河組成超星系團的原因，不過后來這種想法被拋棄。超星系團由最長可達10億光年的銀河“絲帶”（filament）組成。如果把兩根宇宙弦靠攏在一起，就會產(chǎn)生獨特的時空效應(yīng)。有人曾經(jīng)展示它們可以用來穿越時空。宇宙弦還會產(chǎn)生無與倫比的至強引力波?，F(xiàn)有的和待造的引力波探測器就是為它們準(zhǔn)備的。
4、量子隧穿（Quantum Tunneling）
（譯者注：1. classical physics: climbing the hill，經(jīng)典物理爬山坡；2. quantum physics: "tunneling"static limit，量子物理穿隧道。）
量子隧穿效應(yīng)是指粒子能夠穿過正常來說它的能量不足以通過的障礙。它能讓粒子通過不可逾越的物理障礙，或讓電子不用動能就脫離原子核的吸引力。根據(jù)量子力學(xué)，任何粒子都有一定的可能出現(xiàn)在宇宙的任何地方。雖然粒子嚴(yán)重偏離既定軌道的概率極低。
盡管當(dāng)粒子遇到一個足夠小的障礙（約1-3納米寬）時，按常理是無法逾越的，但是實際上粒子直接穿過該障礙的可能性卻相當(dāng)顯著。海森堡的測不準(zhǔn)原理可以解釋此現(xiàn)象。該原理表明我們能獲取的粒子信息總是有限的。（百度百科：測不準(zhǔn)原理表明一個微觀粒子的某些物理量（如位置和動量，或方位角與動量矩，還有時間和能量等），不可能同時具有確定的數(shù)值，其中一個量越確定，另一個量的不確定程度就越大。）粒子可以先從它所活動的系統(tǒng)里“借來”能量穿過障礙，之后便失去“借來”的能量。
量子隧穿發(fā)生在許多的物理過程中，比如說放射性衰變和太陽上發(fā)生的核聚變。它還被用于某些電子元件，甚至生物系統(tǒng)的酶身上。例如，葡萄糖氧化酶是葡萄糖變成過氧化氫的催化劑，在催化過程中包括一個完整氧原子的量子隧穿。量子隧穿還是掃描隧道電子顯微鏡的一大特色。這是第一種能夠拍攝和操作原子的顯微鏡。它通過測量精細探針的電壓變化而工作。這是由于電子在穿越原子間的真空時（稱為“禁區(qū)”）會產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng)，促使探針在接近物體表面時發(fā)生電壓變化。這保證設(shè)備足夠靈敏，能夠生成分辨率極高的圖像。同時還可以通過在設(shè)備的探針上緩緩導(dǎo)入電流來移動原子。
5、科爾黑洞（Kerr Black Hole）
（譯者注：1. Ergosphere，能層；2. static limit，靜態(tài)極限；3. outer horizon，外部視界；4. inner horizon，內(nèi)部視界；5. singularity，奇點。）
大部分人熟悉的黑洞其實有一個更確切的名字：史瓦西黑洞（Schwarzschild black hole）。這種黑洞在外部有一個視界（event horizon）充當(dāng)有去無回的“極限點” （“point of no return”），在內(nèi)部則有一個密度無限大的奇點。它以卡爾-史瓦西（ Karl Schwarzschild）命名。1915年，在愛因斯坦廣義相對論發(fā)布僅1個月后，史瓦西就為不旋轉(zhuǎn)的球形體找到了愛因斯坦場方程的數(shù)學(xué)方案。盡管如此，直到1963年，數(shù)學(xué)家羅伊-科爾才發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)的球形體的相應(yīng)方案。因此，一個旋轉(zhuǎn)的黑洞被稱為科爾黑洞。它有一些不尋常的屬性。
科爾黑洞中心是不是奇點而是奇環(huán) - 由自身動量維持的一維環(huán)形。它有兩個視界（外部視界和內(nèi)部視界）以及一個橢圓形的能層（ergosphere）。由于慣性系拖拽效應(yīng)（frame dragging），在能層里面時空本身與黑洞一起以超光速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)通過外部視界進入黑洞，空間路徑變成時間路徑。這意味著像史瓦西黑洞一樣，科爾黑洞中心必然會產(chǎn)生奇點。但是穿過內(nèi)部視界，時間路徑又變回空間路徑。唯一的區(qū)別是時空逆轉(zhuǎn)了。這意味著奇環(huán)附近的重力變成往外推的排斥力。實際上，除非恰巧從黑洞中心線進入，否則根本就不可能進入奇環(huán)。此外，多個奇環(huán)還可以通過時空互相連接，因此奇環(huán)可以充當(dāng)蟲洞。不過除非是奇環(huán)旋轉(zhuǎn)得足夠快產(chǎn)生的裸奇點，否則無法從另一邊的黑洞出去。通過奇環(huán)可能進入另一個時空，比如說另一個宇宙。在那里，你可以看到光從黑洞外面進來，卻看不到光從里面出去。你甚至有可能被帶到一個負宇宙（negative universe）上的“白洞”（white hole）。不過沒人知道這到底意味著什么。（百度百科：白洞是廣義相對論預(yù)言的一種與黑洞相反的特殊天體，是大引力球?qū)ΨQ天體的史瓦西解的一部分。白洞僅僅是理論預(yù)言的天體，到現(xiàn)在還沒有任何證據(jù)表明白洞的存在。其性質(zhì)與黑洞正相反。白洞有一個封閉的邊界。與黑洞不同的是，白洞內(nèi)部的物質(zhì)（包括輻射）可以經(jīng)過邊界發(fā)射到外面去，而邊界外的物質(zhì)卻不能落到白洞里面來。因此，白洞像一個噴泉，不斷向外噴射物質(zhì)和能量。）
6、真子（Geon）
正如著名的方程式 E=MC2 所示，能量與物質(zhì)緊密相連。它們的聯(lián)動效應(yīng)會產(chǎn)生重力場。真子是一束電磁波或重力波，它的能量會產(chǎn)生重力場；且產(chǎn)生的重力場反過來又把電磁波或重力波本身約束在一定的空間內(nèi)。1955年，約翰-惠勒第一個著手研究真子。惠勒猜測微觀真子和基本粒子之間可能存在連接，甚至可能就是同一物體?！発ugelblitz” (德語 “球形閃電”)是一個更極端的例子。當(dāng)強光聚攏中在一個點上，光能產(chǎn)生的重力變得如此之強，以致形成黑洞把光困在其中。雖然沒有任何東西能阻止“kugelblitz” (德語 “球形閃電”)的形成；但是由于真子會不可避免泄漏能量而衰退，現(xiàn)在大家認為真子的形成只是暫時的。不幸的是，這意味著惠勒的最初猜想是錯誤的，但目前還沒有足夠的證據(jù)能證明這一點。 （譯者注：這個和波粒二象性有點關(guān)系，1905年，愛因斯坦提出了光電效應(yīng)的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質(zhì)。1924年，德布羅意提出“物質(zhì)波”假說，認為和光一樣，一切物質(zhì)都具有波粒二象性。根據(jù)這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現(xiàn)象，這被后來的電子衍射試驗所證實。）
7、黑弦 (Black String)
重力和其它基本作用力如電磁力之間的關(guān)系，是物理學(xué)長期以來最引人關(guān)注的奧秘之一。最早在1919年提出的一種理論認為：如果宇宙增加一個維度，重力仍存在前四維中（三維空間+時間）；但是其它基本作用力，則由四維空間在第五維上卷起來而自然生成。但是由于第五維度對我們而言是隱形的，既看不見也摸不著，所以它應(yīng)該是蜷曲起來的。（譯者注：這里非常難以理解，我的想法是用降維的方法來想象。比如說假設(shè)有一個完全靜止的三維空間，如果增加一個第四維度時間，把三維空間卷曲包裹起來。那么生活在三維空間里的人是看不到時間的，而且三維空間里的一切變化其實都是由時間與空間卷曲自然引起的。）這個理論最終產(chǎn)生了弦理論，且迄今仍出現(xiàn)在大多數(shù)弦理論的核心分析中。
由于第五維度極小，只有像粒子一樣的微型物體才能在上面移動。又由于第五維度是自我蜷曲的，這些微粒最終又會轉(zhuǎn)回初始位置。（譯者注：類似于圓周運動，周而復(fù)始）但是黑洞在第五維度上就要復(fù)雜許多。當(dāng)黑洞擴展到第五維度，它就變成“黑弦”。和正常的黑洞不同，黑弦很不穩(wěn)定（這里忽略了四維黑洞其實最終會蒸發(fā)）。多個黑洞會串在一根長長的黑弦上，和更遠的黑弦連在一起，直到黑弦完全折斷，留下一組黑洞為止。這些四維黑洞會并成一個更大的黑洞。最有趣的是，根據(jù)現(xiàn)在的模型，最終的黑洞是一個“裸”奇點。也就是說它沒有被視界包圍，這違背了宇宙監(jiān)督假設(shè)。因為視界會阻止任何事件從奇點中逃逸，所以任何奇點都應(yīng)該被視界包起來，以防奇點附近發(fā)生的時空穿越改變整個宇宙的歷史。（譯者注：如果宇宙監(jiān)督假說成立，那么誰來負責(zé)確保天網(wǎng)恢恢，疏而不漏任何“裸起點”呢？也許就是上帝、真主、我佛之類的大牛了。）
8、同時性的相對性 (The relativity of simultaneity)
同時性的相對性是指，兩件事情同時發(fā)生與否是相對的，取決于觀察者所在的方位。這是奇特相對論的奇怪推論，對于不是發(fā)生在同一地方的任何事件都適用。比如說，如果在火星和金星各放一束煙花，某個方位的太空旅行者可能會說它們同時發(fā)生（如果兩束煙花的光線同時到達他的眼睛）；另一個太空旅行者可能會說火星上的煙花先放；其他人也許會說金星上的煙花先放。這是因為觀察者所處的方位不同造成了他們看到煙花的順序不同，從而導(dǎo)致他們的看法不同。所以每個觀察者的看法都是相對的，沒有人是絕對正確的。
這樣一來，可能會發(fā)生一些怪事。比如說，有人會先看到事件的結(jié)果再看到原因。（例如，先看到炸彈爆炸再看到有人點燃引信。）不過除非跑得比光速還快，即使你先看到了結(jié)果也來不及去改變原因。這也是超光速旅行被認為是不可能的原因之一。因為這與時光穿越類似，你可以在結(jié)果發(fā)生后去改變原因。這毫無意義。（譯者注：如果你先看到炸彈爆炸，然后以超光速飛過去把引信給滅了。這樣一來，炸彈就不會爆炸了，你又如何會看到炸彈爆炸？這也是為什么有人發(fā)明了平行世界，但是平行世界問題更多，這里就不跑題了。）
9、慣性系拖拽 (Frame Dragging)
愛因斯坦廣義相對論有一個預(yù)測：當(dāng)一個巨大的物體移動時，會拖拽周圍的時空，從而拉著附近的物體一起動。不管巨物是平移還是旋轉(zhuǎn)，都會如此。雖然這種效應(yīng)非常微弱，但是已經(jīng)被實驗證明確實存在。2004年發(fā)起的重力探測器B實驗，就是為了測量地球附近的時空扭曲。雖然干擾源比預(yù)期要大，慣性系拖拽效應(yīng)測量的不確定性為15%。（譯者注：換句話說，慣性系拖拽效應(yīng)存在的可能性高達85%。）進一步分析有望更大程度上減少測量的不確定性。
實際測量與預(yù)測結(jié)果非常接近：由于地球旋轉(zhuǎn)的緣故，軌道上的探測器與地球之間的距離每年拉近2米左右。這純粹是由于地球的龐大體重造成周圍的時空扭曲，從而產(chǎn)生的慣性系拖拽效應(yīng)所致。但是探測器是感覺不到這種額外加速的，因為探測器本身并沒有加速，而是它所在的時空拖拽所致。這就像拉扯桌子底下的地毯，桌子會動，但不是桌子自己在動。（譯者注：這與禪意 “不是風(fēng)動，而是心動”何其類似。心扭曲了眼中看到的時空倒影，導(dǎo)致時空倒影中的物體跟著一起波動。）
10、負能量 (Negative Energy)
（譯者注：1. Casimir Plates卡西米爾盤子；2.Vacuum fluctuation，真空漲落）
理論上，絕對零度?273.15°C應(yīng)該是能達到的最低溫度，在此溫度下所有粒子運動完全停止。但是因為在量子力學(xué)中，每個粒子都有被稱為“零點能量”的最低能量；因此實際上你永遠無法把東西冷卻到絕對零度。更顯著的是：不但粒子有最低能量，真空也有，即“真空能量”。只要做一個相當(dāng)簡單的實驗，就能證明“真空能量”的存在。在真空中放入兩個金屬盤子，讓它們靠攏，當(dāng)盤子間的距離縮小到一定程度時，它們會自動吸附在一起。這是因為盤子間的能量只能在特定頻率共振，而盤子外的真空能量幾乎可以在任何頻率共振。由于盤子外的能量要大于盤子間的能量，盤子被擠壓在一起。盤子靠得越近，壓力越強。在約10納米間距的時候，這種效應(yīng)（卡西米爾效應(yīng)）會產(chǎn)生1個大氣壓的壓力。因為盤子間的真空能量要低于正常的零點能量，被稱為負能量。負能量有一些不尋常的屬性。
比方說，在負能量真空中，光速要比在正常真空中快。也就是說有一天，我們可能在類似負能量的真空泡泡中以超光速飛行。雖然理論上可能存在可穿越的蟲洞，但是蟲洞會在產(chǎn)生的瞬間即刻消失，無法保持打開的狀態(tài)。而負能量卻可以用來頂住打開的可穿越蟲洞。負能量還會導(dǎo)致黑洞蒸發(fā)。真空能量常被各種理論模型描述為突然產(chǎn)生和湮沒的虛擬粒子。因為只要粒子在產(chǎn)生后馬上湮沒就不會違背能量守恒定律。但是，如果兩個粒子在黑洞的視界產(chǎn)生，就有可能一個粒子從黑洞中逃逸，另一個卻掉了進去。這樣它們就不可能消失，兩個粒子都變成負能量。（譯者注，通常真空的粒子被認為是成對出現(xiàn)成對消失。）當(dāng)負能量粒子掉進黑洞，它會降低而不是增加黑洞的質(zhì)量。隨著時間的推移，這樣的粒子會最終導(dǎo)致黑洞完全蒸發(fā)。由于最初這個理論是斯蒂芬-霍金提出的，從黑洞中逃逸的粒子被稱之為霍金輻射。這是第一個被接受的量子論和廣義相對論的統(tǒng)一理論，也是霍金迄今為止最偉大的科學(xué)成就。
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