《赛先生》潘颖

在拥有严格科学基础的美国科幻大片《星际穿越》上映后，中国著名黑洞研究专家张双南曾数度受邀做科普讲座，为非专业观众解读黑洞、白洞、虫洞、高维空间、超立方体、广义相对论、时空旅行等众多物理概念。

但短短一两个小时的科普讲座，远远不足以追问概念之间的内在关联，因为科学的世界是如此扑朔迷离，以至于仅谈“黑洞”就足够迷幻而深邃。

电影的科学顾问、美国加州理工学院的基普•索恩（Kip Thorne）教授也是一位非常著名的黑洞专家，但作为理论物理学家的他和作为中国天体物理学家的张双南，彼此研究黑洞的观点并不相同，索恩通常代表着主流观点。但无论如何，由“黑洞”所引出的重要问题无不是物理学的“基础语言”。

图1：张双南

张双南生于1962年，现任中国科学院高能物理研究所研究员和粒子天体物理中心主任、中国科学院粒子天体物理重点实验室主任，曾在中科院高能所师从著名物理学家何泽慧先生和李惕碚院士，后取得英国南安普顿大学的天文博士学位。1992年，在宾夕法尼亚大学完成粒子物理博士后研究之后，张双南来到美国航天局太空总署马歇尔空间飞行中心进行天体物理研究，期间因发明新型图像处理方法并利用美国NASA的康普顿伽玛射线天文台的观测数据发现了多个重要天体（包括一个著名的黑洞微类星体），获得美国NASA“集体成就奖”。为了探究黑洞的自转性质，1997年张双南和另外两位华裔科学家崔伟、陈莞一起，提出了一个测量黑洞自转的方法，并用此方法首先测量并得到了一批黑洞自转的确切证据。1998年，张双南任教于阿拉巴马大学Huntsville校区，2002年全职回国。

现在，让我们跟随张双南一起进入黑洞。

数学黑洞、物理黑洞和天文黑洞有所不同

赛先生：黑洞的两种研究方式，一种是纯数学物理的理想模型，如霍金辐射、黑洞熵、全息原理等等，另一种是天文实证的研究方式。那么黑洞的理想研究和实证观察除了某些共同的假定或前提外，有没有实质上的互动或者相互为用的端倪？

张双南：天文观测的研究基础最初来自于理论，如果不是理论上预言了黑洞的存在和它的基本性质，观测是无从着手的。但理论研究的很多方面，一时半会儿是无法通过观测验证的，比如黑洞的内部结构、黑洞早期的形成过程，以及你举的这几个例子：霍金辐射、黑洞熵、全息原理等，所以理论研究就显得非常重要了。而我主要是做天文观测，所以要在这些众多的理论研究结果里寻找哪些是可以从观测上下手做的，从这个意义上说，理论和观测没有太大冲突。但在另外一个层面上，二者是有矛盾的。

我曾经对黑洞做过一个分类，这和你说的“黑洞研究的两种方式”是有关系的。但在我看来，还需要把作为“数学物理模型”的黑洞进一步划分——也就是说，黑洞既有纯数学性质，也有物理性质。

纯数学性质是指，我们可以在各种不同的数学框架、几何框架，或者不同的维度之下，以及不同的宇宙（包括真实的宇宙和假想的宇宙）背景下研究黑洞的性质。这方面的研究有很多，但大多数和天文观测没有关系，因为它研究的可能不是我们这个真实的宇宙、不是这个时空里的黑洞，所以观测没办法进行。但是作为数学研究来说，它能够引申出来很多数学问题，所以数学家很关心。我把这类黑洞叫做“数学黑洞”。

另外一种黑洞，我叫它“物理黑洞”。它的物理性质在物理学的框架下是可以研究的，比如霍金辐射、黑洞熵等等，从中还可以导出很多有趣的问题，比如信息丢失问题等等。而数学黑洞的“物理属性”主要集中在奇点上，包括黑洞的视界都可以通过变换坐标系给去掉。所以数学黑洞和物理黑洞实际上是有本质区别的。（编者注：“奇点”是广义相对论的一个明确预言，它具有一系列奇异的性质，如无限大的物质密度，无限大的压力，无限弯曲的时空等。宇宙大爆炸理论所追溯的宇宙演化的起点也可能是奇点。）

就物理黑洞来说，研究它就要和实验建立关系，而黑洞事件视界的本质给了我们一个基本限制，让我们只能研究黑洞的外部性质，而无法通过实验手段去关注和研究黑洞的内部性质，所以物理学家，尤其是实验物理学家其实不太关心黑洞里面的物质是否在奇点处，因为研究上做不到，他们关心的只是黑洞视界以外的性质。对物理学家来说，只要黑洞的质量和电荷等是处于视界以内就可以了，具体在黑洞里面的什么地方是无所谓的，它们的外部性质都是一样的。

除此之外，我还分出了另一类黑洞，就是“天文黑洞”。物理学家关心自然世界可能出现的各种类型的黑洞，但我们天文学家只关心一种黑洞，就是带有具体天体物理形成过程的黑洞，且形成的时间必须是有限的，因为宇宙的年龄是有限的。比如实验室可以造出一个黑洞来，而天体物理过程无法形成这种黑洞，或者以前形成过，但现在没有了，那这就不是我们天文学家要研究的黑洞。天文学是一个观测驱动的学科，如果一个东西在观测上永远无法做到，那就不是天文学家应该关心的。

而物理学家并不关心黑洞在有限时间之内是否可以形成，因为他可以通过转换坐标系，来让黑洞在很短的时间内形成。比如随着物质往黑洞里落，我们可以建立一个“随动坐标”，在这个坐标系和有限时间之内，物质可以到达奇点处。这就是《星际穿越》电影所展现的问题，男主角库珀驾驶飞船往黑洞里走，在他自己的有限时间之内，他是可以到达中心的奇点处的；而根据我们的理论计算，对外面的观测者布岚来讲，在她的有限时间之内，库珀永远到不了那个地方。在不同的引力场里，他们二者的时钟是不一样的，这是相对论的基本性质。但是我们的理论和索恩教授等“主流”黑洞物理学家的观点完全不同，因此在我们第一篇主要论文里面，我们几乎把所有黑洞理论相关的经典论文和教科书都批评了一遍。

当然，我们天文学家真正关心的是布岚的问题，不是库珀的问题，因为库珀能不能到达奇点跟我们没有关系，我们无法像电影里演的那样让人开着飞船钻进黑洞去获取量子信息。我们对黑洞的所有研究都是站在黑洞外部进行的，这是我的基本观点。

如果将库珀的问题进一步推广，也就是说，在宇宙的有限时间之内，任何物质都不可能到达黑洞的中心奇点，而这个结论是理论物理学家无法接受的，这就是我们与物理学家研究的一个本质区别。他们，包括爱因斯坦本人也认为，物理规律是和坐标系无关的。我认为物理规律确实和坐标系无关，但是物理现象与坐标系有关。

图2：黑洞

赛先生：所以你在电影《星际穿越》的科普讲座上说，你的观点和电影的科学顾问、加州理工学院的基普·索恩教授不同？

张双南：对，这些是我在黑洞理论方面和国际上主要学者的区别。我对黑洞的形成过程以及黑洞内部物质分布等问题的观点与主流观点，比如索恩教授的观点是非常不一致的，他们是标准教科书的观点。

索恩教授他们认为，在黑洞外面的观测者布岚看到的是库珀会被“冻结”在黑洞视界外面，但“实际上”库珀已经进入黑洞并且很快到达了黑洞中心的奇点，这两者之间的矛盾他们是通过坐标系转换解决的。但是库珀穿越视界的有限时间，转换到布岚的坐标系实际上是无穷长的时间，所以根据他们的理论，在整个宇宙的有限时标内，布岚是无法看到库珀进入黑洞的。

我们发现，他们的计算忽略了库珀和飞船的质量，也就是把库珀和飞船当成“检验粒子”来处理。而我们的理论计算表明，如果考虑了库珀和飞船的质量，在库珀向黑洞飞行的过程中，黑洞的视界会膨胀，最终膨胀的视界和下落的库珀会合，库珀进入黑洞，这个过程对库珀和布岚都是一样的，也就是说库珀能够进入黑洞这件事和坐标系无关。但是由于布岚的表和库珀的表走的“速度”不同，在布岚的有限时间内库珀无法到达黑洞的中心，这一点是和坐标系有关的。

从本质上看，天文研究的手段和目的，和数学家、理论物理学家都是有很多区别的，但是数学和物理的研究又对我们的天文研究非常有用，为我们提供了工具，让我们从中做筛选，挑选出那些我们要做的工作。

赛先生：你和同行就这个问题交流的时候是否存在困难，大家如何对话？

张双南：对话不是很容易，大部分学者不理解数学黑洞、物理黑洞和天文黑洞的本质区别。比如我在不少国际会议上讲过此观点，讲完后一片沉默，大家也提不出反驳意见。但假如你再写一篇文章投给理论物理上的黑洞方面的专业杂志的话，他们还是会不审就退稿。他们认为你的观点和“主流”的经典观点区别如此之大，不可能是对的。国际上对我们这个观点封杀得非常厉害，我们只在国际上所谓“主流”杂志发表过一篇文章，之后投的进一步发展我们理论的文章则被全面封杀，所以处境很艰难。当然我可以选择在国内的杂志上发，至少对我来讲，国内的学术自由要比国外多得多，但我不愿意这么做，因为国际上不太相信国内的学术水平，尤其对理论问题而言，在哪发表很重要。如果是观测或者实验方面的就无所谓了，因为对的就是对的，错的就是错的。

好在我在这个方面虽然兴趣很大，但是花的精力相当少，我的主要精力还是在研制天文仪器以及做天文观测和数据分析的研究，前者是我回国工作的主要动力，后者的研究目的在于发现新的天文现象或者对已有的现象建立新的模型，我也是乐此不疲。因此我并没有过于在意国际学术界对我们的黑洞理论模型的封杀。

“引力未必需要量子化”

赛先生：你曾说过《星际穿越》是告诉我们要重新认知引力，现在全世界很多高水平的理论物理学家都在寻找新的“引力的量子理论”，那么你对引力量子化有什么研究或思考吗？

张双南：有人开玩笑说，全世界最聪明的头脑都去做超弦了，就是为了将广义相对论和量子力学融合，解决引力量子化问题。这是基于物理学界历来的一个基本认知，认为至少物理规律应该是统一的。物理学家甚至认为，自然界的所有科学规律都是统一的。当然，如果没有这一观念，科学也不可能发展到今天的程度，它是科学进步的根本动力之一。所以大家觉得物理学的引力和量子规律的统一问题应该也是能够实现的。

但如果用开放一点的态度来看的话，可以说未必是这样。物理学家曾经认为，如果我们能够研究物质最深层次的物理规律，就可以解释宇宙当中的所有事情，但很多复杂现象其实不能靠物理学的“reductionism”（还原论）来完成，不能从分子、原子、原子核到核内粒子这样一步步还原，来实现所有问题的统一。虽然还原论可以让我们理解绝大部分复杂的自然现象，但仍有很多复杂现象是不能通过还原后的更底层理论来理解的。

有些物理学家认为，这么做之所以不成功，是因为模型不够详细，计算机不够强大，只要这些条件都改善了，那就应该都能算得出来。但未必如此，可能还有很多其他的规律没有发现，引力和量子规律也未必一定会统一。也可能宇宙和自然规律就是这样的：在大尺度上，确实是引力规律在起作用，而在亚层次上面就是量子规律起作用，两者不统一又怎么样呢？

当然，不统一会带来一些问题，比如不太好理解宇宙大爆炸是如何开始的。因为大爆炸之初，引力和量子效应应该都比较强，但我们现在没有一个被普遍接受的模型能够精确描述大爆炸到底是如何开始的。再比如，按照理论物理学家的理解，所有的物质都会掉到黑洞中心的奇点处，引力无限大，密度无限大，这就表明尺度非常小，量子规律会在这个地方起作用。所有这些问题加起来，大家就觉得需要一个能把引力和量子规律统一起来的模型和理论。

但比如对黑洞的研究，从天体物理的角度看，根据我们的理论计算，在宇宙的有限年龄内，物质是可以进到视界里面去的，但是不会到达奇点；换句话说，天文黑洞里面的物质的密度，虽然可能比落进去前的密度要高一些，但是还没有到量子现象起主导作用的程度，所以不一定真的需要统一引力和量子规律。如果我们面对的是这样一个自然世界，是这样的宇宙的话，看来也不一定需要统一。

而宇宙从一个奇点发生大爆炸的这个模型也并不一定是对的，也有其他可能性存在。当然，从物理学家的基本理念来讲，大家都非常希望能够统一引力和量子规律，我也很希望看到这么美妙的理论出现，但是从科学要解释自然现象，并且预言新的现象这个基本需求出发，一个统一的物理规律到底是不是必需的，是否值得花那么大的精力、人力、资源来做，比如超弦理论，都是值得讨论的。

传统科学方法遭遇挑战？

赛先生：也就是说，你认为引力量子化不是唯一的出路？

张双南：是的，很多人都在做引力量子化，但应该说目前没有成功。我认为这是一个很好的研究方法，但不是唯一的方向。

其实这涉及到一个很有趣的问题，那就是我们今天应该怎么看待科学方法。前一阵我在中国科学技术大学做了一场报告，题目叫《科学的实证性——证实和证伪：起源于天文，终结于天文?》。意思是说，科学研究的基本逻辑方法是通过事实、实验、观测来做分析和归纳，然后形成基于经验的规律，或者上升到科学理论，这个理论的正确与否是要通过一系列准则来确定的，其中包括证实和证伪两个方面。这一套科学研究的方法是通过天文学的长期研究发展过程逐步形成的。

“证实”是指一个理论要能做出预言，并且能被实验所重复验证；但同时也要有“证伪”性，就是这个理论必须有一些排他性的预言。比如我预言这座楼在今天几点钟会塌，到时候楼没塌，说明这个理论不够正确。

但当我们研究整个宇宙的时候，这两个准则都遇到了问题。首先，我们只有这一个宇宙，怎么反复地用这一个宇宙去实验呢，而证伪也同样缺乏手段，所以两方面都存在问题。

比如ΛCDM模型，这是在爱因斯坦的宇宙学常数框架之下，加进冷暗物质的理论模型，是现在被广泛认为比较好的一个模型，迄今没有被证伪。而这个模型怎么才能够被证伪，大家都不太知道，至少是没有共识。再比如超弦理论，现在看来它是统一广义相对论和量子力学的一个比较好的候选对象，但至今仍没有做出像样的能够证实的预言，更没有做出能够被证伪的预言。

但是超弦在理论上是很成功的。在超弦的理论框架之下，我们可以理解现有的理论，这实际上已经非常了不起了。我们以前统一某些物理规律时，第一步都是要在一个新的框架下去理解旧的理论，然后再做出与旧理论不同的预言。但超弦还做不出可以验证的预言，比如它的一个预言叫做landscape——景观理论。这个理论推广之后，它的理论框架可以包含接近无限多的弦景观，包括那些在我们自然界里没有发生的事情，因此才有平行宇宙这个猜想。但如何验证不在我们这个自然界发生的事呢？

所以这套科学方法是不是最终就终结于天文学了？因为大家是希望通过天文观测来证实我们对宇宙起源和终极的物理理论上的猜想的，除此之外看来没有别的验证办法，比如加速器实验等等都很难验证这些理论。而我们又做不出证实或证伪的预言，尤其是证伪，它对科学发展发挥了巨大的作用。所以我们现在遇到了概念和理念上的原则性问题。

我们是否要修改科学的规则？从经验主义的角度讲，我们都很想继续保留既有的科学判断准则，因为它曾经非常成功，很多老一代的物理学家也坚决反对中途修改规则。但延用这个规则，超弦理论就过不了关。而如果打算抛弃这些规则的话，那未来用什么标准呢？

赛先生：对于这个问题，你自己有答案吗？

张双南：我没有答案。我并不是说超弦理论和平行宇宙理论是对的，而是说，面对这些难以通过实验证实或证伪的理论，当你拿过去的科学方法去检验的时候，实际上是遇到了原则上的困难。对这个困难，我没有答案。

好在我做的大部分研究没有这个问题。比如我研究黑洞，宇宙中黑洞非常之多，我可以选各种不同的黑洞来反复验证我们的理论模型，既能够证实，也能够证伪。广义相对论亦是如此，它本身做出了很多可以被证伪的预言，但至今没有被证伪；而能够被证实的预言大部分都被证实了，说明这是一个很可靠的理论。所以我们在这个框架之下来研究黑洞是没有问题的。

暗物质与黑洞形成的猜想

图3：类似银河的暗物质晕的冷暗物质(CDM)模拟图

赛先生：粒子物理的标准模型的理论框架也是被广泛接受的，但是天文观测发现了标准模型所没有的，被我们暂且命名为“暗物质”和“暗能量”的东西，你如何看待这件事？

张双南：要说我们的基本物理理论是错的当然有些过头了，但起码能说明二者是有冲突的。标准模型没有预言出暗物质和暗能量，但天文观测到的一些现象需要用暗物质和暗能量的概念来解释，至于它到底是不是暗物质和暗能量，那是另外一回事。

如果现有的粒子物理理论和天文观测的现象没有深刻矛盾的话，那可能就是我们用于发明“暗物质”和“暗能量”的广义相对论的框架是有问题的。当然大多数人认为，解决办法是对现有的粒子物理理论的模型或者超弦理论稍微做一些扩展，使其能够产生暗物质，比如被大家寄予厚望的超对称理论。但是超对称理论不能做出特别明确的预言，它只是说我们现在找到的物质粒子都有一个对称的规范粒子，反之亦然。但它们的超对称伴子到底有多少，质量是多大，都不清楚，而且还有很多自由度可以选择。很多人在考虑是不是超对称粒子中某一些是暗物质粒子，如果是这样的话情况还比较好，对现有理论的修正还不是那么大。而另外一种情况是爱因斯坦的理论框架出了问题，就是所谓的“修改引力”，也有一部分人在这个方向上做工作。只不过前者做的人多一点，后者做的人少一些。

我对二者都没有特别多的偏爱，尤其是后一类——主要原因是我觉得广义相对论的框架实在是漂亮。这个框架无论怎么修改，都有画蛇添足的感觉。

我个人认为，要在暗物质的问题上取得突破，关键还是寻找和暗物质有关的新的天文现象，让观测到的东西再给我们一些暗示与线索，提示一下暗物质的性质到底是什么样的，因为现在理论上的猜想太多了。另外大家也希望能够在加速器里制造出暗物质，但至少现在还没造出来，将来即使造出来，它是不是我们在天文观测中看到的那种暗物质，还需要继续研究。

因此我自己也做跟暗物质观测有关的多方面研究。除了天文观测，我们单位的团队参加了紫金山天文台由中国科学院暗物质粒子探测卫星首席科学家常进领导的暗物质粒子探测卫星项目，计划于今年年底发射。另外我自己的团队正在研制将放置于中国空间站上的不同于暗物质粒子探测卫星、但是具有更大参数空间搜索能力的暗物质粒子探测器。我们国家在锦屏地下实验室有直接探测的实验，我们单位也做这方面的工作。我觉得只要技术或经费能够支撑，不管什么样的探索都值得做。

赛先生：我们按照最一般的假设，在标准模型之外还存在暗物质，而你是黑洞研究专家，你认为二者之间存在某种关联吗？

张双南：天文上已经观测到很多宇宙早期形成的超大质量黑洞，比如去年北京大学天文学系教授吴学兵团队发现了一个有120亿倍太阳质量的超大黑洞（注：《赛先生》曾于2015年3月21日以《中国观测奇迹缘何震惊国际天文学界》为题进行报道，回复287提取该文），但这些超大质量黑洞是如何形成的一直没有解决，疑问还越来越大。很多年前，我曾经指导学生写过一篇文章来讨论这个问题，我们提出的模型是黑洞由暗物质塌缩形成，但这就要求暗物质之间有一种未知的非常强烈的相互作用，使得它们黏在一起，然后掉入黑洞。但是我们不知道这种相互作用到底是什么，而且这个作用强度必须十分强大，才能使这些暗物质粒子黏在一起。而这两点正是别人批评这篇论文的主要原因。

但是我注意到，国际上陆续有一些有关暗物质的研究进展似乎支持这种看法。比如英国《皇家天文学会》杂志最近发表了一篇文章，他们发现暗物质的性质并不像主流猜想所讲的，把暗物质当做只有引力作用和微小的弱相互作用的粒子，近似于理想气体；而是有类似流体的性质，暗示它们之间的“自相互作用”非常强。这反映的就是空气和水的区别：水分子之间的作用是非常频繁的，而且只与自身发生作用，不影响水以外的东西。然而这种“自相互作用”不是我们现在所知的电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用、引力相互作用这四种基本作用力所能描述的。这就意味着，可能暗物质里有我们还不知道的性质，它们之间存在着一种我们不知道的相互作用力，而这种相互作用力可以导致宇宙早期就形成超大质量黑洞。当然这仅仅是我们的一个理论模型，等暗物质的性质清楚了就知道我们的模型是否正确。

凝聚态物理孕育下一个重大发现

赛先生：那么你觉得物理学的下一个重大发现会出现在天体物理或粒子物理领域里吗？

张双南：我还真不认为物理学最大的突破会出现在我自己的研究领域里。我认为凝聚态物理领域可做的事情更多，它有很多漂亮的物理规律，同时又有很好的应用前景。这并不奇怪。物理学有一半是凝聚态物理，实际上真有些人把凝聚态物理当成物理学的全部呢。

赛先生：为什么说凝聚态物理领域可做的事情更多？

张双南：我认识不少做凝聚态物理的优秀学者，看到他们接连做出一些新的实验现象，跟着就不断提出新的理论框架。而我熟悉的粒子物理和天文学就没有这么频繁的重大新发现，这暗示着我们在凝聚态物理里的探索还很不够。实际上，“凝聚态”一词代表了不同的物性，能够让人制造出不同性质的新材料、新事物，而这些新事物所展现的性质很多都是以前的理论框架不能解释的，所以不断激发新的理论出现，使这个领域显得非常活跃。

为成果写进教科书而努力

赛先生：你个人在科学上的理想是什么？

张双南：人在不同时期的理想很不一样。刚开始做科学研究的时候，每个人的理想都是拿诺贝尔奖，但很快就发现不能把拿诺贝尔奖当成你每天追求的目标，否则挫败感会非常强。对年轻人来说，我觉得驱动他从事某项工作的原因之一是找到一个自己有兴趣，同时也很受别人认可的工作是最理想的。

我比较幸运，一直能把我的兴趣和职业结合得非常紧密，如果一件事情不是我的兴趣所在，不管它的职业前景多好我也不做。在我的职业生涯里，我改变过几次工作方向甚至领域，但始终坚持“不感兴趣就不做”这个原则。最近一段时间，我的理想和以前有了很大变化。《科学》杂志的编辑曾在一次采访中问我，为什么我以前在美国工作得很好，也取得了很大的成就，但最后却选择回国？我当时回答他们说：“我有个非常强烈的感受，我在美国大学教书时发现，我所用的教科书，尤其是大学低年级用的那些最基本的教科书里的内容，全部都是西方的贡献，没有一个来自中国。中国对近代文明没有什么贡献，天文学上只有古代的一点点观测，但没有进一步的研究，没有理论性的东西。”他说：“不对呀，你们中国人在科学上是有贡献的，比如我很熟悉的杨振宁先生和丁肇中先生。而且我知道你的一些工作也是写进教科书里的，情况没你说的这么悲观。”我就告诉他：“你讲的不错，但所有这些工作都是在美国做的，没有一个是在中国本土做出来的，我很期望改变这种情况，而且现在我们确实有机会改变。我把主要精力放在建设天文设备上，这件事上我们是有机会的，这就是我的基本动机。”所以，我回国后的主要时间都是在建设备。

赛先生：但是建一个非常好的望远镜需要花很多年的时间，这对个人的消耗是很大的。

张双南：是的，我是2002年全职回国的，现在十几年了，主要参与研制的一个空间望远镜（主要用于观测黑洞和中子星）和载人航天天宫－2号飞船上的一个仪器（主要观测伽玛射线暴），明年才会发射。现在我的科学理想其实就是期望我们能够取得一些重要成果，将来能够写进教科书里。因为只有写进教科书，才能变成人类文明的一部分，在别的地方是不太算的。

赛先生：你觉得什么是好的科学呢，科学的美是什么？

张双南：不光是科学的美，我想很多领域的美都满足这两个条件：没缺陷、不常见。最近我写了一篇一万多字的文章发在微信朋友圈，题目就是《美的标准就是不常见、没缺陷——美人美食美景美术》，表达我的“美学”观念。不论是物理学还是其他科学，最好最美的东西往往是这样的：它首先是对的，能很好地解释自然现象，有能够被验证的理论预言，这就是所谓的“没缺陷”；同时这个理论让你觉得很妙，一见之下大有“我怎么没想到？原来是这样！”的感觉，这就是所谓的“不常见”。反之，如果一个东西我想到了，但我不屑去做，被别人做了，我根本就无动于衷，因为它没有“不常见”，没有出乎我的意料。

我很早就喜欢物理，学完物理学的各种理论之后，你会发现物理学的东西其实很少，就那么几个方程加上那些参数。从这个角度讲，物理学非常之美，因为它用几个简单的方程就把如此复杂的自然界描述了，很少有其它的领域能做到这一点。为什么大家都那么喜欢宇宙学常数的ΛCDM模型，就是因为它简单，参数很少，但是基本上解释了我们现在掌握的天文观测数据。虽然偶有偏差，看着似乎有矛盾，但过一会儿再仔细看又没有了。这个模型就是这么出乎意料的简单，但是你挑不出它实在的矛盾来。即便我们并不真正理解这个宇宙学常数到底是什么，但这并不影响它的美——常常正是由于你的不理解，你才发现它很美。

科幻作品应有明确的科学主题

图4：电影《星际穿越》海报

赛先生：你为美国的科幻大片《星际穿越》做过好几次公众科普讲座了，也深知观众对这部电影的反应，你怎么看待受现代科学，尤其是现代物理学奇迹刺激的科幻文学或电影？你觉得科幻和科学是一种什么关系？

张双南：科幻代表了人类对未来的一种要求或者诉求，把人类在科学上还没解决或者没有想过的问题用艺术手法表现出来，能给人带来很大的冲击和憧憬，所以很多年轻人都喜欢科幻。

而艺术家和科学家有一个共同的地方，就是最具有想象力和创造力，要做前人没做过的东西。那么人在什么样的情况下才能做出最具创造性的事呢？最重要的是不能处在压抑状态下。一项动物学研究曾发现，跟人类智力最接近的哺乳类动物黑猩猩处于衣食无忧、精神放松的优越生活环境时，它们开始画画、唱歌，有艺术创作行为，而野外的黑猩猩从来不干这个，它只为生存而奋斗。人要如何才能进入创作状态，我认为是满足了生存和生活的基本需求之后处于一种激发态之下。

就科幻而言，重要的是有一个属于科学的理念。当科学家对科学的追求非常极端的时候，那些在科学上还远远做不到的事情，就会被科学家通过艺术来渲染，使双方相互促进。比如《星际穿越》的主题就很清楚，它要探索引力，希望从黑洞里面获得量子信息来解决引力问题，这显然反映了索恩教授的科学理念。虽然我和索恩教授的观点不同，但要知道，《星际穿越》是有明确的科学主题的，它本来是没有剧本的，不是有人先编出来一本书叫做《星际穿越》，然后导演看上了这本书再找个科学顾问去拍成电影，而是索恩自己想要通过科幻来表达科学理想，所以不断去跟导演谈，最后促成了这么一个艺术作品。这是《星际穿越》明显有别于其它科幻作品的一个主要地方。

科学家和艺术家的这种合作或许是科学家们未来可以开拓的一个方向，通过与艺术家合作，把科学理想进行渲染，在公众中普及，也许还会推动政府为相关的科学研究加大财力支持，也许最终真的可以实现科学理想，所以我觉得支持科幻十分重要。我也一直觉得，如果一个科学家真正热爱他的科学研究，他是有愿望有热情去做科普的，而且这也是他回馈资助他做科学研究的纳税人的一个途径。但是中国科学家很少做科普，我们缺乏这样的科幻创作环境，这里面有很多复杂的原因。

原题为：对话张双南：《星际穿越》不会告诉你的非主流“黑洞”
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