以下内容由本人自<<科技新时代>>2004年9月号的<<预测未来不再可能吗>>
及网上资料整理而来,目的是与科幻迷分享资源.9月号的<<科技新时代>>中除了
<<预测未来不再可能吗>>这篇讨论“奇点时刻”的文章外,还有一篇重量级访谈
<<与克拉克相会>>,可谓“少有的浓厚科幻气息”.
    “奇点时刻”就是“超人剧变”,英文是Singularity,就是“奇点”的意思.
在尝试用目前的物理模型去描述黑洞的中心时会不可避免地遭遇困难和失败,现
有的物理定律无法描述奇点;同样,我们的未来学模型与预测会在碰上“存在超
人类智慧的未来(the future contains smarter-than-human minds)”时轰然崩
溃,这种不可想象的未来与现实间的“痛苦的变化阶段”就是“超人剧变”/“奇
点时刻”.
    所以就我个人来说,还是“奇点时刻”比较合适,比较能体现“剧变”的不可
理解性.
   
    先列出一些科幻小说：
威廉·吉布森(William Gibson)--1984,《神经浪游者（Neuromancer）》

弗诺·文奇（Vernor Vinge）--1986《放逐到时间之外(Marooned in Realtime)》

尼尔·斯蒂芬森(Neal Stephenson)1992《雪崩(Snow Crash)》

肯·麦克雷德(Ken MacLeod)--1995《星球碎片(The Star Fraction)》

查理斯·斯特罗斯(Charles Stross)--2003《奇点天空(Singularity Sky)》

这些小说被<<科技新时代>>抽取出来,作为科幻界从“赛伯空间(Cyberspace)”
到“奇点时刻(Singularity)”所走过的的路.
    比如,在小说《雪崩》（Snow Crash）中，斯蒂芬森就描绘了一个超现实的数字空间
“Metaverse”，为地理空间所阻隔的人们可通过各自“化身”（avatar）相互
交往，度过闲暇时光，还可随意支配自己的收入。

当然,文奇的《深渊上的火》也应该是“剧变迷”们必看的.有一个关于“奇点
时刻”的网站上还提到了Damien Broderick写的《尖锋:飞速进步的技术如何
改变我们的生活(The spike : how our lives are being transformed by
rapidly advancing technologies)》(1997),在该书中Broderick提到的尖锋
(spike)也是“奇点时刻”的意思,作者提到了人工智能的觉醒,人类永生和纳米
技术;还有人类的未来:不是被改变就是被毁灭.

    看来“奇点时刻”题材的科幻小说近来是十分流行,中国的奇点小说会在什
么时候出现呢?还是已经有了?(本人对这方面了解不多,请大家赐教)
    查理斯·斯特罗斯和科里·多克特罗(Cory Doctorow)很可能就是奇点小说
的领军人物,多克特罗2003年的小说《魔法王国里的穷困生活(Down And Out In
The Magic Kingdom)》(获2003年度轨迹杂志最佳处女作奖)就是一篇相当优秀
的近未来科幻小说:纳米技术创造了极大的物质文明----乌托邦已经实现,金钱不
再重要,只有他人对你的劳动的赞许(Whuffie??)能体现你的个人价值,利用植入
体内的电脑和通讯设备就可以同他人交流(只要脑子里想就行了),意识可以上传/
备份,也可以下载到你的克隆体里.
    斯特罗斯除了《奇点天空》,还有由Ace Books; (July 6, 2004)出版的《钢
铁朝阳(Iron Sunrise)》,一个叫“Escheton”的人工智能把人类从地球上赶了
出去,它打开宏观虫洞(macroscopic wormholes)并让90亿人类移民到其他的行星
上.24世纪,一个叫做“新莫斯科(New Moscow)”的偏僻星际殖民地被毁灭性武器
摧毁:它的主星爆炸,整个行星系被摧毁,周边殖民地被迫疏散.新莫斯科发射了反
击武器:一种亚光速质量弹,速度是光速的80%,目标是“显而易见的凶手”--新莫
斯科的邻国和贸易对手“新德累斯顿(New Dresden)”.五年后,亚光速质量弹接
近新德累斯顿;这时候U.N,目前的地球中央政府要用中止密码(recall code)阻止
打击,但掌握密码的新莫斯科大使们(极少数幸存者)却被有组织地逐一刺杀.谈判
专家/特工Rachel Mansour和她的丈夫工程师Martin Springfield被派往出事地
点进行调查,要找出谁是整个危机的主谋.在新德累斯顿,一名不合作的少女Wednesday
Shadowmist似乎知道一切,而Escheton在其中又起了什么作用呢?
    斯特罗斯在《钢铁朝阳》中结合了幽默与悬疑,用先锋技术与性格刻画为读
者献上了这《奇点天空》的重量级续集.
    查理斯·斯特罗斯即将出版的小说是《渐加速(Accerlerando)》,描述了一
个残疾家庭在奇点时刻前后的3代人身上所发生的故事;这部近未来科幻小说(应
该是2030年的事)里有星际贸易,意识上传,纳米电脑,激光帆动力飞船:还有一种
判断超人剧变何时到来的方法:每天出生的婴儿的智力总和与每天生产的芯片的
智力总和之比,第二章开头时是接近1:1,第四章结尾处是1:10000.《渐加速》里
有一个叫“龙虾(Lobsters)”的故事,提到加利福尼亚大螯虾被人类科学家意识
上传而突破了智力限制,成为与人类相当的智慧生物,最后去管理一个建在彗星上
的纳米工厂.(该作品入围2002年中、短篇雨果奖).
    关于龙虾与意识上传,斯特罗斯自称灵感来自某项真实的研究项目.
    是这样吗?
    事实也确实如此,加利福尼亚大螯虾(California spiny lobster)先人一步,
已经实现了某种程度上的部分“意识上传(upload)”,1999年加利福尼亚大学圣
迭戈分校(University of California, San Diego/UCSD)非线性科学研究所
(Institute for Nonlinear Science,INLS)的研究小组在物理学家亨利·阿巴伯
内尔(Henry Abarbanel),INLS的Misha Rabinovich和荣誉退休生物学教授
艾伦·塞尔维斯顿(Allen Selverston)的领导下成功地用电子神经元取代了龙虾
的部分神经细胞,人造的神经元第一次与生物神经细胞合作,效果良好.
    用电子方法重建14个神经细胞,关键是对神经元的数学建模,塞尔维斯顿在理
解那14个神经元的神经生物学原理上花了25年,终于发现在一个神经元的整个活
动过程中,只要控制3个(而不是几百个)变量就可以了.这从根本上简化了建立电
子神经元回路的数学算法.有了这种高水平的建模分析,研究者只需紧紧把握少许
变量的模型的表现,而不用直接去关注那无数个幕后的“齿轮” .这保证了神经
元更换时不会有细节上的缺失;用来描述神经活动的模型简单到可以在台式电脑
上运行,构成人造神经元的廉价电路部件也是花7.5美元从无线电废品店邮购的.
    主角加利福尼亚大螯虾来自La Jolla海湾,是从当地渔民那里买的.大螯虾被
研究得相当透彻,那14个神经元与周边的神经元有很高的连接程度并控制胃部的
一个关键部位.这些神经元的节律有高有低,它们用高节律通过轴突向其他神经元
发送信号.这14个神经元叫中枢模式发生器/节律中枢(Central Pattern Generator).
    科学家把这些关键的生物神经细胞从神经网络中移除,使龙虾进入类似“癫
痫”的病态,然后连接上电子神经元,龙虾又恢复正常了.
    接下来的研究工作是逐步用人造神经元取代生物神经细胞,如果整个神经网
络仍然工作良好,科学家将进一步研究用电子神经元取代人脑受损部分的可行性.
    这就是意识上传.

    看来“奇点时刻”科幻小说涉及的那些技术已经到了“奇点时刻”的边缘,
现在某些科幻小说对技术细节的狂热追求令读者头痛,什么生物神经网络(Biological
Neural Networks,BNNs),神经动力学(Neural Dynamics),动力学系统与混沌
(Dynamical Systems and Chaos),计算元素等等;也许会硬得啃不下去,想想看,
“奇点派”的教父弗诺·文奇就是圣迭戈州立大学的荣誉退休教授,斯特罗斯和
多克特罗也是软件开发专家,另一个程序员兼作家格雷格·伊根（Greg Egan）更
是在最新小说《Schild's Ladder》里为“后奇点时代的宇宙”创造了一整套理
论:“量子图形理论”(Quantum Graph Theory),伊根的作家同事们(其中不乏物
理学家)对此既困惑又敬畏.斯特罗斯还开玩笑说伊根可能是一个人工智能(邮件
人??).夸张一点,这些人的作品里每一句话都有技术细节,都可以扩展成一篇新小
说.
    不过,据说在1971年的世界科幻大会上,就有一群麻省理工的学生就在会议大
厅里来回走动并高喊“环形世界是不稳定的”,以抗议拉里·尼文的作品违背了
物理定律.
    全世界的科幻迷们都是以找硬伤为乐的.
   
最后以海因莱因的话作结尾:如果你有1000只猴子,科幻作家也行,他们中总会有
一些能猜对. 

加利福尼亚大学圣迭戈分校大螯虾“意识上传”的新闻网页:
http://ucsdnews.ucsd.edu/newsrel/science/alobster.htm
同样是大螯虾:
http://0009.org/anc.html
格雷格·伊根的主页:
http://gregegan.customer.netspace.net.au/

还有很关键的两点:
因为多克特罗用创意公用授权条款(Creative Commons Licenses)授权,所以《魔
法王国里的穷困生活》一书在他的网站上提供各种格式的全文下载:
http://www.craphound.com/down/download.php
HTML版:
http://www.craphound.com/down/Cory_Doctorow_-_Down_and_Out_in_the_Magic_Kingdom.htm

还有“龙虾(Lobsters)”在《阿西莫夫科幻杂志》网站上的原文:
http://www.asimovs.com/Nebulas03/Lobsters.shtml

 

 

 

 

2005年7月至8月间关于RHIC（Relativistic Heavy Ion Collider，相对论性
重离子对撞机）中产生出黑洞的翻译与资料整理。原文多来自RHIC的网站：
http://www.bnl.gov/rhic/default.htm

 

http://www.bnl.gov/rhic/black_holes.htm
RHIC里的黑洞?
RHIC理论核物理学家Dmitri Kharzeev的一份声明

    霍拉蒂·纳斯塔西(Horatiu Nastase),布朗大学(Brown University)高能
物理理论研究组(high-energy physics theory group)的一名成员,写了一篇
论文并把它上传到了“预印本文献库”网站(arxiv.org).在那篇论文里他声
称布鲁克海文实验室的相对论性重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion
Collider，RHIC）里发生的碰撞制造出了黑洞的类似物.
    霍拉蒂谈到的是真实世界中的物理学(它支配着RHIC中的碰撞)与科学家用
来在一个时空维数与现实世界不一样的假想宇宙中描述一个理论上的、“想象
中的”黑洞的物理学间的数学相似性.也就是说,这两种情况需要相似的数学技
巧来分析处理.霍拉蒂拿来同RHIC火球比较的那种想象的、数学上的黑洞与现
实中存在的宇宙黑洞是完全不同的;特别是那种黑洞是无法通过吞噬物质使自
己长大的.换句话说,同时因为RHIC创造的(黑洞)质量太小,RHIC没有也根本不
可能制造一个真正的、吞噬星球的黑洞.
    然而这并不是说,RHIC不能研究一些发生在黑洞附近的现象,正如我们与
Kirill Tuchin一起写的论文里阐述的(Kirill Tuchin也是布鲁克海文理论核
物理研究组的成员).对该问题的阐述始于爱因斯坦的“等效原理(Equivalence
Principle)”,该原理说明了引力与加速度(或减速度)实际是等效的力.这个原
理解释了为什么一个人乘电梯上楼时会觉得自己变重了一点,如同地球的引力
变强了一样.
    同样地,在RHIC离子相互撞得粉碎时,离子在极短时间内（大约10^(-23)S）
的迅速减速与黑洞附近的超强引力环境也是相似的.这意味着RHIC的碰撞事件
也能像黑洞放射出“霍金辐射(Hawking Radiation)”一样,放射出一系列热粒
子.既然霍金辐射是黑洞消亡而不是形成的原因,它的存在就又成了RHIC无法制
造一个真正的引力黑洞的理由.

 

 

http://www.bnl.gov/rhic/black_holes_kharzeev.htm
RHIC里的黑洞?(续)
关于黑洞与RHIC的进一步探讨
作者:理论核物理学家Dmitri Kharzeev

    黑洞是宇宙中最神秘的物体之一.一个黑洞的引力场如此之强以至于爱因
斯坦的广义相对论告诉我们任何东西,包括光也不能从黑洞的内部逃离出来.
    不过在1974年,物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）证明了一旦考
虑量子效应,黑洞必然要放出辐射.根据量子力学,物理真空如同沸腾般充斥着
短命的实体粒子-反粒子对.凭空创造粒子-反粒子对是与能量守恒冲突的,但
根据海森堡不确定性原理(Heisenberg’s uncertainty principle),量子力
学里中的能量在短时间内并不一定要守恒.一个黑洞的引力场可以改变粒子-反
粒子对的内在结构(intrinsic structure),因此可以“吸入”其中的一个粒
子并释放另一个粒子,让它逃逸出去.
    逃逸粒子拥有一个热辐射谱,反映了从黑洞中不能提取任何信息这一事
实.(这个断言现在成为了被激烈争论着的话题———一个辐射谱确实可能包
含着微小的非热修正,这表明一些信息可以被带出黑洞)热辐射谱的温度表现为
黑洞表面引力加速度除以2π.爱因斯坦的等效原理阐述了在一个非惯性系中引
力是等价于加速度的———我们每个人都通过坐电梯检验了该原理:身处一部正
在加速的电梯中就如同亲身体验一个更强的引力场.因此,热辐射(其温度等于
加速度除以2π)应该是伴随着加速(或减速)的所有物理过程的共有特征.实际
上这已经在1976年被物理学家William Unruh证明了.
    在地球上可研究的物理过程中,有着最大的减速度的那个物理过程是什么?
地球的引力场太弱,(其加速度的)温度只有不可观测的10^(-20)开氏度左右.电
磁场看起来也不够强.现在看来,实验室中可获得的最强的减速度是在相对论性
重离子对撞事件中达到的,在那里很大一部分夸克和胶子在很短的距离(大约
0.2飞米)内从(接近)光速减速到静止.这样的减速必然伴随着温度高达200MeV
或10^12开氏度的高热辐射的爆发.(这比太阳热多了,太阳的温度才有10^7开氏
度.)一次如此剧烈的减速也导致了强互相作用物质的相变,这种相变同人们认
为的、发生在黑洞附近的现象类似.实际上,夸克和胶子的高热辐射爆发已经在
RHIC被观察到了,RHIC产出强子(强子是由夸克和胶子组成的粒子)的丰度与热
力学的预测是一致的,而且关于(强互相作用物质通过)相变产生夸克-胶子等
离子体的证据也在不断增多.
    也许RHIC物理学中最大的迷题是这种热能化(thermalization)怎么能发生
的如此之快.“黑洞热能化”方案自然地解释了这一事实,同时它也提出了一系
列可以在RHIC上检验的理论预言.
    不用说,在RHIC实验中制造一个真正的黑洞的危险性比我们日常乘电梯时
制造一个黑洞的危险性还要低———根本不存在这种危险.

 

http://qd.typepad.com/5/2005/03/public_service_.html
2005年3月17日
广而告之:黑洞@RHIC

    我怎么没看到这事儿发生?就像QD的老读者记忆中的一样,在我1月13日贴
的评论中本人对霍拉蒂·纳斯塔西写的论文(在那篇论文中有引人关注的声明:
RHIC碰撞制造了“Dual黑洞”)是充满热情的,我还在该论文的基础上计算了多
次碰撞事件(都是质子对撞或原子核对撞)的特性.不幸的是,一些记者找到了霍
拉蒂,一场范围很广的新闻火风暴看来就是这样产生的.
    通过slashdot.org(很平常的途径),我无意间就撞上了这事儿.(slashdot.org
上关于“RHIC造出黑洞”的)页面直接指向BBC网站上的报道.然后Google news
上的一个快速页面扫描(a quick scan)又引出了更多的文章,我想类似这样的
话在网上都没个完了:这是科幻概念变成了现实,这是末世论者的最可怕的梦
魇(在某种意义上也是梦想成真......)  
    很不幸,这些说法都太夸张了.我们不能在RHIC造出爱因斯坦广义相对论所
预言的那种意义上的、“真正”的黑洞.相反地,纳斯塔西的观点是RHIC碰撞事
件可以用一种“Dual”黑洞来描述.但是文中的“Dual”是什么意思?“Dual”
(在这里)无论如何不是“二元性(two-ness)”的意思,它表明一个人可以将用黑
洞描述碰撞事件的理论写下来,只是(这个理论)只存在于同我们身边的宇宙完全
不一样的宇宙中.为了让他的模型成立,他(和很多朝同一个方向努力的研究人
员)对10维时空中的黑洞进行了计算,目的是描述4维时空中的强互相作用这一
令人头痛的问题.
    这并不是哗众取宠地推销RHIC的撞击实验:如果我们确实能够用“Dual黑
洞”模型来描述每天都出现的撞击事件,那可能是我们在(对宇宙)的理解上取
得了进展.但是同我谈过话的人里面没有一个认为这种黑洞可以或已经像已观
测到的传统宇宙黑洞一样活动(即使这种可能性也曾被考虑过,而且作为一个不
太可信的设想已经被普遍地忽视了).

 

 

 
http://qd.typepad.com/5/2005/01/rhic_collisions.html
2005年1月12日
RHIC,二元黑洞（dual black hole）&弦论?

    太棒了,今天我在(arxiv.org的)服务器上发现了这个:

hep-th/0501068
From: Horatiu Stefan Nastase
Date: Mon, 10 Jan 2005 18:51:05 GMT   (10kb)

The RHIC fireball as a dual black hole
    我们认为在RHIC观察到的火球是一个二元黑洞的类似物.在之前的工作中,
我们已经证明了大量的完全QCD截面(the total QCD cross section)$s$行为
是由于二元黑洞的产生,而它(二元黑洞的产生)在QCD有效量子场论中对应于
π介子场(the pion field)里的一个非线性孤立子(a nonlinear soliton).现
在我们认为RHIC火球就是这个孤立子.我们计算了孤立子(黑洞)温度,然后得到
了$T=4a <m_{\pi}>/\pi$,和$a$一个非微扰常数(nonperturbative constant).
当$a=1$时,我们得到了$175.76 MeV$,与之相比火球“冻结(freeze-out)”的
实验数据值是大约$176 MeV$.观测到的火球$\eta/ s$接近于$1/4\pi$的二元
值(dual value).火球核心的“色玻璃凝聚”(Color Glass Condensate,CGC)
态就是π介子场中的孤立子,对偶于(dual to)黑洞的内部.CGC状态中粒子间的
主要相互作用是库仑势(Coulomb potential)(这是因为存在短距离的π介子交
换),对偶于黑洞内部的引力作用,完全约束住(deconfining)夸克和胶子.

[加重号是Peter Steinberg加上去的]

    现在,别让我(一个RHIC实验物理学家)来解释所有这些东西是什么意思.
我只是想指出这篇文章把两件近几年来困扰我的事接了起来.

1.这是关于“RHIC世界末日想定”的讨论的一次复苏,在那个想定中(在RHIC制
  造的)某种物质会对整个地球,甚至整个宇宙造成损伤.黑洞是一个被考虑到
  的(危险),然后是“奇异夸克物质团(strangelets)”.一本与之有关的小说
  已经被写成了---同时有一部电影正在制作中.
2.与弦理论有关的技术可以对强互相作用研究提供整体性的支持,这一点现在
  逐渐获得了(物理学界的)支持.即使在一年以前,这一类的讨论也根本不会出
  现在RHIC机构中,但现在它已经成为一种物理思潮(physics zeitgeist)了.

    这一类的讨论中令人害怕的部分是,人们不会说RHIC碰撞“创造”了黑洞,
但人们会说原子核对撞,甚至质子对撞在某种意义上“就是”黑洞,虽然“黑
洞”只是存在于某种可以让理论更简单的“二元”空间中.
    不管怎么样,这真的很简单:我会去看看我能否找一些理论界朋友把这事解
释得清楚一点.

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    要制造出一个黑洞,实际上就是把足够多的物质放入足够小的空间里,黑
洞的平均密度是与其质量的平方成反比的;也就是说如果黑洞的质量很大,它
的平均密度就会很小:一个数十亿倍太阳质量的黑洞的密度就比水小百倍.
    由于在实验室内制造黑洞所能运用的质量极小,我们需要的密度就十分
巨大.
    在实验室内,产生高密度(实质就是一个浓缩大量能量的问题)就要靠人类
的大型粒子加速器了.当前正在欧洲核子中心(CERN)建造的大型强子对撞机
LHC(Large Hadron Collider)的质心能量将达到14TeV(质子-质子对撞,单个
质子被加速到7TeV),LHC将在2007年初开始运行;目前世界上最大的粒子加速器
是费米国家加速器实验室的万亿电子伏加速器(Tevatron),这一座正负质子对
撞机在2001年3月完成改造，加速器的能量由1.8TeV提升到2.0TeV.相对论性
重离子对撞机（RHIC）的能量则没有这么高,其质心能量为200-500GeV,不过
它使用的对撞粒子可以是从质子到金离子的各种粒子,可以创造“大爆炸环
境”和夸克-胶子等离子体(而且RHIC有迄今最高的物质能量密度).所以“粒
子加速器造出黑洞”这类新闻的主角应该是Tevatron或将要建成的LHC(不少
讨论也确实是针对LHC的,毕竟它的能量前所未有地大).

那这些大型粒子加速器能造出黑洞吗?它们能将足够多的能量压入足够小的空
间里吗?
    简略的回答是:
    以前没有考虑弦论中的多维度,不能.
    现在考虑弦论中的多维度(例如9维时空),则LHC有可能造出黑洞.

“弦论/9维时空+LHC=黑洞”有什么特点?
    简略的回答是:
    科学家正在考虑黑洞蒸发后在探测器上形成的标记是什么样的.
    如果9维时空的结论是正确的,(在最乐观的情况)LHC将每秒制造一个黑洞.

LHC没造成前,其他的加速器(如RHIC)会造出黑洞吗?(考虑弦论)
    不会,但有一些理论物理学家认为它们会产生在数学上与黑洞相关的物
    体.

造出了黑洞怎么办?
    那些黑洞太小,会发出霍金辐射然后立即蒸发掉,在探测器上形成一系列
    显著的标记.

除了LHC,还有什么东西能造出黑洞?
    如果9维时空的结论是正确的,在大气上层每年都会有大约100个黑洞产生.
    因为能量最高的宇宙线(能量高达10的9次方TeV的质子或更重的原子核)
    比LHC强大得多.新建的宇宙线观测站可能会观察到确实的证据.

霍金承认了他在黑洞理论上的错误，这意味着人造黑洞的危险性还很大吗？
    霍金只是在“黑洞悖论”即黑洞吞噬物质的信息问题上改变了自己的看
法,其关于黑洞通过辐射能量而使自身减小的基本理论目前没有被推翻.所以
按现有理论,微型人造黑洞还不会对人类造成什么危险.

造出黑洞的最大历史意义是什么?
    在加速器上造出黑洞将终结人类对“小”这个概念的探索,即人类将达到
“最小”的终点.多维时空实际上使普朗克尺度“变大”,使人类将要建成的
加速器可以接触到它(也就可以造出普朗克级别的黑洞).所以更高能的加速器
将只能建造更大的黑洞,而不能把物质分解成更小的结构.那时人类就可以说
“小”是有极限的,人类已经达到了有意义的最小尺度(即普朗克尺度).

除了研究黑洞蒸发产生的粒子以外,人造黑洞还能有什么用?
    稍大的人造黑洞可以用来其他维度的特性,因为引力在弦论中是可以“渗
透”到其他维度去的,人造黑洞将延伸到其他维度去,这就导致了黑洞温度对
质量的依赖关系发生显著变化,其坍缩性质也会突然改变.这些都会产生探索
空间额外维度的几何学.