“量子天体”黑洞的物理统一意义

量子力学和广义相对论的统一是爱因斯坦和后爱因斯坦时代物理学家追寻的目标，两者的不统一、不兼容引起了现代物理学史上的世纪之争，广义相对论的物质观和时空观遵循连续性、完整性和确定性原理，而量子力学的物质观和时空观遵循不连续性、破碎性和不确定性原理。广义相对论求解的测地线方程表现为一条连续、确定的曲线，量子力学求解的狄拉克方程表现为多条不重合、不确定的路径。广义相对论描述的物体运动的确定性和量子力学描述的粒子运动的不确定性构成了科学哲学概念的悖论关系，宏观物体和微观粒子运动属性的悖论性形成了广义相对论和量子力学相互矛盾的根源。广义相对论和量子万学的不融合、不协调不在于前者代表了客观唯物主义和实在论，后者代表了主观唯心主义和意志论的哲学观点，而在于前者反映了决定论、必然论，后者反映了非决定论、偶然论的哲学主张。

量子力学创立者之一的沃尔夫冈泡利曾经说过，“量子力学的建立放弃了对物理现象的客观处理，亦即放弃了我们区分观测者与被观测者的能力作为代价”。许多物理学家和科学人士把量子测量学主体和客体的“不可分割性”理解为量子的自由意志，量子世界的自由运动和概率分布仿佛是量子自由意志论的结果。主体和客体、或观测者和粒子在量子测量过程中难以分离，这恰好反映了科学哲学的“测不准原理”，我们在经典和相对论尺度的世界能够把握主观世界和客观世界的分离，从不确定性事物关系中找到确定的关系，反之，我们在量子尺度的世界中不能掌握主观意志和客观实在的区别，从确定性事物关系中找到不确定的关系。同样，我们在理性哲学或观念哲学的分析中自觉地区分了客观存在和主观意念，而在日常生活、或日常经验哲学和美学欣赏中不自觉地融合了外在物质世界和内在精神世界的差别。哲学、或理念哲学自觉地强调主观和客观的分离，而美学、或艺术哲学不自觉地强调主观和客观的融合。

广义相对论用物质和时空的相互作用解释时空几何结构的变化，时空几何曲率的大小取决于物质的密度，黑洞产生的时空曲率远大于恒星对周围时空产生的弯曲，光子逃出了太阳一类的恒星，它们逃不出黑洞的“时空幽闭”。量子力学的规范场理论研究了物质粒子“在场”的相互作用，它成功地解释了三种基本力的形成和作用，却不能解释引力、或量子引力的形成和作用机制。规范场理论对光子和“引力子”的预测符合哲学逻辑论的“等效原理”，既然光子传递了带电粒子之间的电磁作用，那么“引力子”可能传递了物质粒子之间的引力作用，简而言之，量子引力的存在和形成机制与申磁力、弱力和强力没有什么不同。广义相对论和量子力学相对立的核心问题在于，量子力学不能实现量子引力的几何化，而广义相对论实现了引力的几何化；广义相对论不能实现引力的量子化，而量子力学的规范场理论预言了“引力子”的交换作用。光子在电磁力之间的交换作用和“引力子”在引力之间的交换作用符合哲学交换论和作用论的“等效原理”。

1916年，德国天文学家卡尔史瓦西在第一次世界大战的战壕里计算了爱因斯坦场方程的一个解，史瓦西是预言黑洞天体、或奇点世界存在的第一人。大质量天体一旦越过了临界质量，所有的天体物质将会收缩成空间的无穷小点、或奇点，在奇点周围形成一个球体视界面，任何物质、包括速度最快的光子一旦进入视界面以内，它们都无法逃离“视界球”的黑洞，美国物理学家惠勒将史瓦西预测的奇异天体称之为黑洞。为什么大质量天体物质被挤压成尺度小于普朗克长度，时间流动几乎停止的“奇点”？天体物理学家给出了广义相对论的解释，晚年的大质量恒星逐渐停止了热核反应，热辐射膨涨力不足以抵抗自身质量的巨大引力，恒星的核心在失去力的平衡机制之后迅速发生了向内的塌缩、爆炸，恒星的核心物质首先被压缩成一个质量密实的中子星，如果恒星自身的引力大到中子星内部的简并力不能抵抗的程度，那么中子星将被继续压缩，直到中子态的物质粒子被碾压成更基本的粒子和能量体的“奇点”。

质量相当于太阳数倍、数十倍的恒星在引力坍塌效应下变成一个质量密度无限大、体积尺度无限小的奇点，晚年的大质量恒星演变为黑洞。从上个世纪70年代以来，越来越多的天文观测结果证实了黑洞天体的存在。2019年4月11日，一支国际合作天文团队通过多点联测的巨型“事件视界望远镜”合成了天文史上的第一张黑洞图片，以直接的观测方式证实了黑洞的真实存在，天文团队观测的这个超大质量黑洞位于室女座一个椭圆星系M87的中心，它的质量为太阳的65亿倍，距离地球为5500万光年。自从史瓦西在一百多年前计算了“一个奇点、一个视界”最简单的黑洞模型以来，奥本海默、科尔、霍金等天体物理学家对黑洞的构造和属性做出了重要贡献。现有的天文观测技术发现了黑洞视界和双黑洞合并产生的引力波，天文学家没有证实黑洞视界球体中心奇点的存在。

黑洞和宇宙物理学的理论基础是广义相对论，这一理论却在宇宙诞生的“普朗克时间”失效，在黑洞的视界边缘和奇点处失去了作用。在广义相对论失效的宇宙原点和黑洞奇点，量子力学找到了应用场合，量子真空随机涨落的不稳定机制导致了宇宙大爆炸的发生，而稳定的量子涨落机制带来了稳定态的黑洞。天体演变广义相对论原理的确定性转化为奇点的量子能量波动起伏的不确定性，适合真空能量剧烈波动的量子力学和适合时空、能量平滑、连续变化的广义相对论在微观观世界产生了显著的不同，如何完成两大物理学“合二为一”的大统一、大融合？物理学家在最有希望的弦理论中找到了线索，最完美的弦理论被称之为万物之理的“万物理论”。黑洞是一种量子天体，它的存在证明，超大质量的天体和超小体积的量子实现了相互转换，天体和奇点符合科学哲学的“转换原理”，这是广义相对论和量子力学相互转换和统一的物质属性基础。天体和奇点的转换和统一是自然的奇迹，而广义相对论和量子力学的转换和统一则是科学的奇迹。

（宇哲手稿：2019年12月11日）