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李理 受访者供图
黑洞内部什么样？在科幻电影《星际穿越》中，主角库珀主动进入黑洞，发现里面是五维空间。他利用摩斯密码，把黑洞内部的信息传递给女儿，最终拯救了人类。
电影中为推进英雄主义剧情而构想的“黑洞内部模样”，只是纯粹的艺术想象。不过，在现实科学界，真的有一群理论物理学家在为揭开黑洞内部的秘密而努力。中国科学院理论物理研究所（以下简称理论物理所）研究员李理就是探秘者之一。
过去几年，李理围绕黑洞内部结构完成了一系列严谨扎实的工作，代表性成果之一便是“黑洞无内视界定理”。这些成果刷新了人类对黑洞的认知，也为他赢得了2023年度“杨振宁奖”。
近日，李理获中国科学院青年五四奖章。他称自己的成长经历是“不断找自信的过程”，坦承“没有热爱，是坚持不下去的”。从苏北农村走进心目中理论物理的最高殿堂，这是李理从未想过的。在这里，他把好奇与热情化为探索的动力，最终走向国际舞台。
“钥匙”
每天走进办公室，打开电脑、铺开几份文献，李理的世界便“坍缩”了，只剩下那个充满未知的黑洞世界。
“我仿佛进入了黑洞。”李理笑言。有时同时进入黑洞的还有学生。在这里，时间和空间被无限延展，以更久远、更广阔的尺度计算。
对李理来说，最让他着迷的是宇宙最底层的规律。而黑洞，正是他试图打开这扇奥秘之门的“钥匙”。
“黑洞是宇宙里条件最极端的天体。”李理告诉《中国科学报》，黑洞串联起了一系列关乎宇宙底层规律的物理问题，比如物理定律能否统一、引力的本质是什么、时间为什么不同于其他空间维度，等等。在办公室推演逻辑、演算方程、建构模型，极致的专注使李理每次走出办公室、回到现实中都会生出一种“割裂感”。
2020年，认识黑洞的第六年，李理找到了最让他兴奋的研究。
这一年诺贝尔物理学奖授予了在黑洞领域取得突破性发现的科学家。对此，李理像许多同行一样感到振奋，但真正触动他的是诺贝尔物理学委员会主席大卫·哈维兰的评论：“今年获奖者的发现为致密和超大质量物体的研究开辟了新天地。但是，这些奇异天体仍有许多待解之谜。不仅有关于它们内部结构的问题，还有如何在黑洞附近的极端条件下检验我们的引力理论。”
“内部结构问题”，李理敏锐地捕捉到这个关键词，这也是他一直思考的问题。黑洞如甜甜圈般的外部样貌已被观测到，但内部那片时空，仍然是一个未被打开的盒子。打开它，或许是理解黑洞本质的关键一步。但这是天文学家不太关心的事情，因为以现有的观测技术和条件，人类无法直接观测黑洞内部，只能依靠理论物理学家的假设和推演。
黑洞是否存在“内视界”，是理解其内部结构的关键。李理表示，如果内视界存在，就会破坏广义相对论的可预言性，即使给定一个初始条件，科学家也无法预言黑洞内部会发生什么。“可预言性是物理理论帮助人类认识自然、改造自然的前提，否则理论便失去了意义。”
因此，2020年诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯提出了“强宇宙监督假设”。他猜想，在一般情况下，黑洞的内视界并不稳定存在；即便在某些特殊解中允许其存在，一个小的微扰也会使其崩塌为奇点。如何证明它，是黑洞研究中的核心难题之一，至今悬而未决。
与过去科学家如盲人摸象般零散举例、碎片求证不同，李理和合作者想要跳出这种局限，找出一套通用、普适的完整证明。
在那些看似混乱的符号与逻辑间，李理基于积累和物理直觉，发现了运动方程和系统对称性之间的深层联系，并由此构造出了一个关键的“守恒荷”。这个抽象的物理量就像一把钥匙，成为整个证明的转折点。
李理的学生、理论物理所博士段美凝在他的指导下从事相关研究。她对李理在理论上的直觉判断感到钦佩，“李老师很擅长抓本质，这个守恒荷成了帮助我们证明内视界不存在的关键。”
最终，李理和合作者证明，在一大类满足基本条件的黑洞体系中，内视界必然不存在。他们还从更一般的考虑出发，对黑洞内部视界数目作出了严格限制。这些结果表明，物理规律在促成黑洞形成的同时，也为其内部结构的复杂度划定了一个边界——内视界的数量，至多只能有一个。
乐趣
在受访过程中，李理谈起研究，总是有说不完的话题，科学史上有哪些人、已经做了什么工作、还有哪些未知……他的眼神和表达中，尽显兴奋。但随后他却说，“我们这儿挺没意思的，没有很多故事可以讲”。
李理所说的“没意思”，是指研究道路上鲜有灵光一闪的“尤里卡时刻”、没有跌宕起伏的热闹剧情，大多数时候是独自一人的“思想实验”。由于理论探索过于超前，甚至在有生之年都不一定能得到“实验验证”。
“整个过程如同在黑暗的大海中航行，只有日复一日的计算、推演和思考，以及无数次的失败和坚持。”李理说。
那么，乐趣在哪里？
“好奇和热爱。”李理脱口而出，“没有热爱，不可能做得下去。”
他把黑洞的外部简单、内部复杂的构造形容为一对“天使和魔鬼”。这种冲突让李理感受到宇宙的奇妙，“自然永远超出人类预想，看似简单的表象下，往往隐藏着极度复杂的底层规律，太神奇、太美了”。
更妙不可言的地方在于理论物理自带的“魔法”。“参数的细微调整，会使整个时空演化模型彻底改变。”这个时候，李理就像一个魔法师，想看看理论的边界在哪里。
质疑和跨界，也让日常的推理演算变得有趣起来。就在关于李理黑洞无内视界定理研究公布在预印本网站之前的两天，美国国家科学院院士、美国加州大学圣巴巴拉分校杰出教授加里·霍洛维茨团队把类似的研究结果也公布在了预印本网站上。而李理团队的证明，指出了霍洛维茨团队证明中的错误。后者在更新的版本中对李理等人真诚地表达了感谢。
在李理看来，这样的质疑在物理学发展中屡见不鲜，“只有不断质疑，才能共同拓展人类认知的边界”。
因为好奇，李理喜欢“跨界”了解其他领域的进展。比如，黑洞物理的研究方法竟能用于预测颗粒物质在受力时的非线性效应，为复杂体系的研究开拓了新思路；它还能为探索极低温固态制冷新方案提供理论支持，而这类方案所依赖的量子相变，正是黑洞热力学的用武之地。
极大、极小、极复杂——当前科学研究的这“三极”在黑洞身上交汇，而将这“三极”统摄在一起的正是黑洞那极端强引力所造就的独特时空。“黑洞自带‘光环’，是科学研究的‘富矿’”。李理说，他是在“黑暗中起舞”。
从焦虑到从容
李理没有想到自己和团队会走在世界最前沿，甚至没想过自己会走上科学研究这条道路。
李理出生于上世纪80年代末的苏北农村。小时候，互联网尚未普及，他的世界只局限在那片熟悉的土地上，能想象的职业归宿是在一个小地方教书。直到2009年，进入理论物理所，师从中国科学院院士蔡荣根开始理论物理研究，他的人生轨迹才真正发生了改变。
初到理论物理所，李理一度非常焦虑，身边的同学都出身名校，眼界开阔，而自己只知道爱因斯坦“这个人名”，对引力、场论、黑洞等一无所知。“在那之前，我甚至天真地以为，学完大学阶段的四大力学，就是学完了全部物理。当时压力非常大，不知道能不能毕业。”李理说。
为了弥补差距，李理只有一个朴素的想法：先多学点知识，尽量把相关的知识都学完了，再做研究。他花大量时间钻进课本、文献之中，每天学到很晚才休息。
直到有一天，蔡荣根找到李理了解近况，得知他的学习方法后说，“这是不对的，知识无穷无尽是学不完的，必须针对课题以点带面的学习、研究。”这句话，对李理来说，犹如黑暗隧道里的一盏明灯，把他引到了正确的方向上。
在蔡荣根的指导下，李理从一个相对成熟、比较容易上手的小课题切入，不断训练做科研的方法和思维。一步步地，李理打开了黑洞物理世界的大门。
在故事的另一面，起初那种“强烈的差距感”，使李理磨砺出不左顾右盼、务实、不惜下“笨功夫”的科研底色。
“他们都太强了，我就没那么在意结果了，每天就扎扎实实地把手头上的事情做好，然后相信时间的积累。”李理说。他一直记得蔡荣根的嘱托，“抬头看路、低头干活。科学必须花时间、花精力，认认真真地干”。
如今，看到学生焦虑，李理会跟他们讲自己的经历，告诉他们这是成长的必经阶段，焦虑有时也是一种动力，踏踏实实地往前走，会慢慢变得从容。“李老师说沉下心来多看文献、多思考，多和师兄、师姐交流，才能有做科研的底气。”段美凝说。
如今，面对一波接着一波地科研热潮，李理很难再被扰动。“我不是天赋型选手，的确学不了太快。”
李理在心态上把自己放得比较低。“精力有限、能力有限，客观上科学问题存在时代的局限性，综合来说，我只在自己的积累和思考之上选择那些‘重要的但通过努力又够得着’的问题。”正是这种从容的心态，让他登上了科学高峰。
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