【正文】 本身發(fā)生一個(gè)能量的起伏——海森堡能量借貸——使得這個(gè)區(qū)域的各個(gè)部分的能量不同，但是總合保持為0。在中子星中，也是這個(gè)簡并運(yùn)動(dòng)迫使中子星停止繼續(xù)塌縮。隨后，澤爾多維奇用類比，推出了克爾黑洞會(huì)輻射各類輻射（主要是電磁波和引力波，其次是中微子等輻射）的結(jié)論。在大家都同意澤爾多維奇的同時(shí)，霍金的計(jì)算帶來了另一個(gè)更加使人震驚的結(jié)論：即使黑洞沒有旋轉(zhuǎn)，它也在輻射，而且有一個(gè)確定的熵和溫度：熵和視界面積的比正比于黑洞質(zhì)量的平方，而溫度和視界表面引力的比反比于黑洞質(zhì)量。其實(shí)他就是一些同胚——拓?fù)湫g(shù)語——時(shí)空的集合）到達(dá)其他時(shí)空中在爆發(fā)出來。好了，到了這里，對于黑洞以及發(fā)現(xiàn)、發(fā)展黑洞的歷史的介紹已經(jīng)到了尾聲了，先讓我們來看看黑洞的形成，在來整體認(rèn)識一些最典型、最普通、最可能在自然界出現(xiàn)的黑洞：BKL黑洞的一些性質(zhì)以及相關(guān)知識。這顆恒星十分平靜地度過了它的少年期，它的青年期和它的中年期。隨著黑洞“燃燒”的越來越迅速，釋放的能量越來越多，鐵核的體積開始越來越巨大，同時(shí)其它各層的體積開始變小。同時(shí)，這個(gè)時(shí)候的恒星叫做紅超巨星。鐵發(fā)生反應(yīng)，鐵原子核在巨大的能量下，成為了氦原子核，并且在巨大引力下，被緊緊地壓在一起，由氦原子核內(nèi)部的電子簡并壓承受著巨大的引力。巨大的引力，迫使電子的軌道被完全擠碎，電子不再是在軌道上運(yùn)行，而是全部擠在了原子核上。炸開的物質(zhì)在引力作用下，向中心的核高速落去。這種粒子的共同特點(diǎn)是它們的自旋都是半整數(shù)。這時(shí)，大量的物質(zhì)落在這個(gè)巨大的原子核（因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候恒星的核就是一個(gè)中子星核，中子星核中沒有除中子以外的任何其它粒子，而且由于中子簡并時(shí)相互之間的距離和它的直徑相似，因而在中子星核——一種中子超流體——中的中子之間是沒有任何空隙的，密度比原子核的密度略大一點(diǎn)（因?yàn)橘|(zhì)子比種子輕））上，由于中子簡并壓的強(qiáng)大抵抗力而被反彈。爆發(fā)的超新星將自己內(nèi)部“元素生產(chǎn)廠”中的貨物一次性售空，全部貢獻(xiàn)給了宇宙中的行星們了。這次擠壓是辛苦的，但是也是成功的。恒星在視界內(nèi)部的部分在以接近光速來到奇異環(huán)的周圍后，在普朗克時(shí)間內(nèi)被瓦解為物質(zhì)弦，或者是基本粒子（視理論而定，在超弦中是物質(zhì)弦，在量子理論中是基本粒子。這些磁性將不被黑洞擁有，而成為視界的一種屬性（膜規(guī)范）。視界在恒星收縮的時(shí)候還不是十分平整，但是當(dāng)它將整個(gè)恒星都吞沒以后，它開始了快速的“消化”：將視界表面的所有不平整的地方，視界上的任何由于擾動(dòng)帶來的動(dòng)能，都一致地轉(zhuǎn)化為引力能，即時(shí)空曲率波，引力波，向外界以光速輻射了出去，向宇宙高聲宣布：黑洞誕生了！黑洞的結(jié)構(gòu)黑洞結(jié)構(gòu)介紹恒星的質(zhì)量，用M⊙作為單位，代表是太陽質(zhì)量的多少倍。 M⊙大的恒星的命運(yùn)就比較坎坷了。如果質(zhì)量比2 M⊙大許多，在爆發(fā)的時(shí)候噴射掉物質(zhì)后的質(zhì)量仍然比2 M⊙大，那么它將成為一個(gè)黑洞。在中子星和白矮星中，磁力線還是存在的，但是在黑洞內(nèi)部，不存在磁力線。在黑洞旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，由于視界成為了橢球，因而發(fā)生了相應(yīng)的形變。由于這里的時(shí)空是彎曲的，因此牛頓的萬有引力定律已經(jīng)失效了，取而代之的是愛因斯坦的場方程。無論什么黑洞，他的引力是保持巨大無比不會(huì)變的，變的是引力的變化率，以及這個(gè)變化率引起的潮汐力。我們可以做的，僅僅是說明一下，質(zhì)量越大的黑洞，內(nèi)部的量子效應(yīng)越柔和；距離奇點(diǎn)越遠(yuǎn)，你受到的平均潮汐力越柔和。這種力在離奇點(diǎn)越近的地方越顯著。但是無論黑洞的質(zhì)量如何，奇點(diǎn)的量子效應(yīng)的強(qiáng)度是不會(huì)變的，因?yàn)槠纥c(diǎn)的“質(zhì)量”是不變的。這些基本粒子如夸克這樣被強(qiáng)核力牢牢束縛著的基本粒子才可能熬到直接面臨奇點(diǎn)的時(shí)候，但是即使是強(qiáng)力，在巨大引力效應(yīng)和量子混沌效應(yīng)的作用下，還是難逃被支解的命運(yùn)，成為了純粹的物質(zhì)弦。當(dāng)然，這個(gè)是量子引力——彎曲時(shí)空的量子場定律——所給的黑洞內(nèi)部的描寫，但不是最終描寫。其二，是通過測量旋轉(zhuǎn)的克爾黑洞在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候輻射出的引力能，或者是兩個(gè)相撞的黑洞在結(jié)合的時(shí)候釋放出來的大量引力能來確定黑洞的存在。天文學(xué)家們實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們通過理論物理學(xué)家們的理論啟發(fā)，對上述兩種可能的探測情況想出了相應(yīng)的措施。棒引力探波探測器的主要工作原理，是通過一個(gè)十分巨大的金屬棒，以及在這個(gè)金屬棒的外表包裹粘貼了十分多的電磁波探測器。但是 十分可惜的是，在天文學(xué)家們得到這個(gè)消息，然后再通知理論物理學(xué)家計(jì)算的時(shí)候，全球的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們正在檢修他們的引力波探測器。但是是否在整個(gè)宇宙中只有黑洞這一種洞呢？是否一些神秘的線索都來源于黑洞呢？宇宙中的洞其實(shí)還有很多。白洞和黑洞一樣，有一個(gè)“視界”。不過白洞看來只可能是一種想象中的產(chǎn)物。我也有自己的看法：我認(rèn)為白洞并不輻射出物質(zhì)，它僅僅是擁有無限大的斥力，將一切靠近它的物體都排斥掉，而在它自己內(nèi)部的位置卻不會(huì)被輻射出去。我在這里將介紹給大家的蟲洞，也是史瓦西的后代。在不是平坦的宇宙時(shí)空中，這種結(jié)構(gòu)就以為著黑洞的視界內(nèi)的部分會(huì)與宇宙的另一個(gè)部分相結(jié)合，然后在那里產(chǎn)生一個(gè)洞。我們先來看一個(gè)蟲洞的經(jīng)典作用：連接黑洞和白洞，成為一個(gè)愛因斯坦——羅森橋，將物質(zhì)在黑洞的奇點(diǎn)處被完全瓦解為基本粒子，然后通過這個(gè)蟲洞（即愛因斯坦——羅森橋）被傳送到這個(gè)白洞的所在，并且被輻射出去。蟲洞沒有視界，踏有的僅僅是一個(gè)和外界的分解面。那么蟲洞都有些什么性質(zhì)呢？利用相對論在不考慮一些量子效應(yīng)和除引力以外的任何能量的時(shí)候，我們得到了一些十分簡單、基本的關(guān)于蟲洞的描述。蟲洞的存在，依賴于一種奇異的性質(zhì)和物質(zhì)，而這種奇異的性質(zhì)，就是負(fù)能量。這個(gè)結(jié)論在膜規(guī)范理論中同樣起到了十分重要的作用。這個(gè)也就是蟲洞的特殊性質(zhì)之一。黑洞周圍的量子真空漲落在黑洞巨大引力的作用下，會(huì)被黑洞的引力能“喂”大，成為十分的能量輻射。蟲洞打開的時(shí)間十分短，僅僅是幾個(gè)普朗克時(shí)間。那么蟲洞是如何產(chǎn)生的呢？蟲洞的自然產(chǎn)生機(jī)制有兩種：其一，是黑洞的強(qiáng)大引力能；其二，是克爾黑洞的快速旋轉(zhuǎn)，其倫斯——梯林效應(yīng)將黑洞周圍的能層中的時(shí)空撕開一些小口子。介紹他們，是因?yàn)槲覀儗?shí)在需要知道一些足夠的概念和思維方式，來接受接下來的東西。我們來看一下兩個(gè)在廣義相對論中的式子：然后來看這個(gè)參照系轉(zhuǎn)換的式子：現(xiàn)在，也許大家就可以明白廣義相對論引力理論的含義了。現(xiàn)在來解釋一下相對論中引力的非線形。恒星消失在了奇點(diǎn)周圍，把質(zhì)量大部分轉(zhuǎn)換為了引力能（這里說的是恒星被分解為基本粒子的情況。雖然一個(gè)引力波的方向和振動(dòng)不干涉另一個(gè)引力波的行為，但是引力波之間仍然存在引力作用。同時(shí)他也告訴我們平直時(shí)空中兩個(gè)世界點(diǎn)之間的時(shí)空間隔的明確定義，以及告訴我們時(shí)空是可以任意互化的。在一般的時(shí)空區(qū)域，類時(shí)和類空是兩個(gè)相互對立的性質(zhì)。而時(shí)間的方向卻是任意的。但是他們的威力都是巨大的，無法阻擋的。在量子理論中，沒有任何具體事情是確定的，唯一可以確定的，是這些具體事情發(fā)生的概率。如果你觀察的時(shí)間有限，那么無論你的觀察區(qū)域有多大，能量總會(huì)或多或少地發(fā)生改變，即使是觀察整個(gè)宇宙的總能量的變化）。他們是將光速、萬有引力常數(shù)和普朗克常數(shù)進(jìn)行機(jī)智的組合以后得到的三個(gè)描述時(shí)空性質(zhì)的重要數(shù)據(jù)（此外也說明了萬有引力常數(shù)和時(shí)空的屬性相關(guān)，而不單單只是一個(gè)引力上的數(shù)據(jù)。此外，奇點(diǎn)的大小就是普朗克長度，而遇到奇點(diǎn)的物體都被奇點(diǎn)撕成了量子泡沫。我認(rèn)為這樣更加容易理解和推廣）。引力子是引力的傳播粒子，自身的質(zhì)量為0，以光速運(yùn)動(dòng)，自旋為2。霍金輻射的產(chǎn)生機(jī)制，有許多種。真空漲落現(xiàn)象中，雖然總能量為0，不變，但是能量在各個(gè)足夠小的區(qū)域中是在不斷隨機(jī)變化的。它們在任何時(shí)空中不斷地成對出現(xiàn)，然后在普朗克時(shí)間范圍內(nèi)消失。電流或者是其他形式的能量激發(fā)燈絲或者其他物質(zhì)的原子周圍的空間中的真空漲落產(chǎn)生的粒子——虛粒子對分開，從而產(chǎn)生了光。如果可以在普朗克時(shí)間內(nèi)，使得一個(gè)粒子進(jìn)入視界而另一個(gè)沒有，那么這個(gè)沒有進(jìn)入黑洞的粒子（或者反粒子）就會(huì)脫離海森堡能量借貸的契約，輻射出去。如果他們在海森堡能量借貸的幫助下，得到了足夠的能量，從而可以在普朗克時(shí)間內(nèi)突破視界這個(gè)能量位壘（或者叫勢壘），那么它就可以穿過視界，達(dá)到黑洞外部。在強(qiáng)力的領(lǐng)域，沒有量子色動(dòng)力學(xué)突出。人們現(xiàn)在在利用自洽性、可重整化和是否有發(fā)散問題來驗(yàn)證，什么樣的理論是合理的?？傊沂橇孔永碚摵拖鄬φ撟羁赡艿慕Y(jié)合場所。開弦以弦為主體，兩端不相連，各有一個(gè)荷——大統(tǒng)一力的源；閉弦以環(huán)為主體，弦的兩端相連，在弦上有一個(gè)荷。超引力的理論基礎(chǔ)是：除了引力以外的3種力其實(shí)都是引力的不同側(cè)面，而超對稱就恰好就是描述這種側(cè)面性質(zhì)的不二選擇?？捶ㄏ敕ㄖ钪姹O(jiān)督看法、想法和方法光看其他人的東西，不是研究。彭羅斯曾經(jīng)用拓?fù)涞姆椒ǎ謨?yōu)美的解釋了黑洞無毛定理的一個(gè)十分重要的部分：任意形狀的任何星體，只要符合了環(huán)猜想，就一定會(huì)塌縮為一個(gè)黑洞，而且這個(gè)黑洞的形狀一定是利用它的角速度、電荷和質(zhì)量唯一確定的。彭羅斯的到來，為物理學(xué)帶來了拓?fù)?。比如點(diǎn)為0維基本幾何體，線為1維基本幾何體。 其中用以計(jì)算歐拉示性數(shù)的最基本操作就是粘合。 彎折可以看是將一個(gè)物體分割以后在重新粘合，因此彎折操作只改變物體的外形而不改變它的歐拉示性數(shù)。 在拓?fù)渲?，同胚變換保持物體的所有拓?fù)湫再|(zhì)不變，包括歐拉示性數(shù)這個(gè)拓?fù)湫再|(zhì)。 宇宙由于是有限無界的，所以宇宙的歐拉示性數(shù)就是0。） 然后來看一個(gè)有限有界的空間的歐拉示性數(shù)V空。）而正方體的歐拉示性數(shù)就是1，因此一個(gè)有限有界的空間的歐拉示性數(shù)就是1了。不過，黑洞這個(gè)幾何體看上去復(fù)雜，其實(shí)只要將黑洞進(jìn)行充分的分割和，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它其實(shí)是有許多錐狀時(shí)空粘合成（這里說錐狀時(shí)空是因?yàn)槌诵螤钕皴F子，其他性質(zhì)和一般的物體是不一樣的。由于錐子的歐拉示性數(shù)是1，而錐子和錐子之間的粘合面是一個(gè)三角形，三角形的歐拉示性數(shù)還是1，因此黑洞這個(gè)粘合體的歐拉示性數(shù)就是1了（利用粘合公式計(jì)算）。因此我們可以知道，所謂的黑洞沒有視界，說的就是黑洞變成和宇宙一樣，成了一個(gè)有限無界的幾何體了。比如將線段變成圓以后，歐拉示性數(shù)也發(fā)生了變化。根據(jù)上面的粘合公式，我們可以知道：，于是，因而宇宙的歐拉示性數(shù)發(fā)生了改變。對宇宙監(jiān)督定理證明的解釋以及拓展宇宙監(jiān)督定理的證明，主要是從拓?fù)鋷缀蔚慕嵌葋砜创?，那么為什么拓?fù)鋷缀慰梢越忉層钪姹O(jiān)督問題呢？拓?fù)涞难芯繉ο笫謴V泛，有群、域、環(huán)、空間等等數(shù)學(xué)對象，而這些對象都可以認(rèn)為是抽象的幾何體和集合。幾何體的內(nèi)在屬性會(huì)導(dǎo)致幾何體外在表現(xiàn)的改變，而外在表現(xiàn)的改變卻不一定會(huì)導(dǎo)致內(nèi)在屬性的變化。通過歐拉示性數(shù)定理可以知道，一切光滑變化的幾何體的歐拉示性數(shù)都等于1，因而也就是說一切保持歐拉示性數(shù)不變的變換都是允許的，而一切使得歐拉示性數(shù)發(fā)生變化而不再等于1的變換都是不允許的。宇宙在剛剛形成的時(shí)候，由于是剛剛誕生，宇宙的能量總和應(yīng)該為0，因?yàn)槿绻芰坎粸?就可以知道在誕生宇宙以前一定存在了能量，那么又怎么能說是誕生呢？而由于能量守恒，我們可以知道我們現(xiàn)在宇宙的能量和一定和宇宙誕生時(shí)的能量和相等，即為0。同樣的，電勢能也是一種負(fù)能量，四大力的勢能都是一種負(fù)能量，宇宙中物體的質(zhì)量對應(yīng)的正能量就是被這些負(fù)能量所抵消的。那么為什么宇宙在誕生的時(shí)候其中的物質(zhì)的引力效應(yīng)沒有阻止宇宙的膨脹呢？宇宙在剛誕生的時(shí)候是在一個(gè)非常小的范圍中出現(xiàn)大量物質(zhì)的，而這個(gè)小范圍一定比這些物質(zhì)的質(zhì)量對應(yīng)的史瓦西半徑小，那么也就是說，宇宙在剛誕生的時(shí)候就是在一個(gè)黑洞中的了？可是為什么物質(zhì)可以向外運(yùn)動(dòng)呢？這個(gè)問題就必須從相對論場方程和引力的起源來看了。知道了這個(gè)關(guān)鍵問題，我們就可以對宇宙在剛誕生和要終結(jié)時(shí)的引力問題進(jìn)行回答了。即使這個(gè)黑洞的質(zhì)量非常大，其中的潮汐力異常的小，但是它的引力效應(yīng)仍然不能忽視，因而可以斷言在與指向奇點(diǎn)的方向不一樣的方向上的物體的運(yùn)動(dòng)是不存在的。既然黑洞等等時(shí)空區(qū)域可以用歐拉示性數(shù)來表示這個(gè)區(qū)域中的時(shí)空的屬性，那么是否宇宙中的洞都滿足宇宙的歐拉示性數(shù)守恒這條原則呢？宇宙中的洞有黑洞、白洞和蟲洞，以及在一些小質(zhì)量的黑洞、白洞的外視界內(nèi)的史瓦西喉都是時(shí)空中的洞，那么既然歐拉示性數(shù)是一定守恒的，我們是不是可以來看看在顯示宇宙中那些在理論上才會(huì)出現(xiàn)的東西到底是否存在呢？首先來看蟲洞和史瓦西喉。也就是說，它們的連通性是不一樣的。球面的表面的歐拉示性數(shù)為2，環(huán)面的歐拉示性數(shù)也是2，因而保證了歐拉示性數(shù)守恒。通過這種類比我們可以知道，有蟲洞的宇宙的歐拉示性數(shù)和沒有蟲洞時(shí)的宇宙的歐拉示性數(shù)是一樣的，為0。第一步，是將ab和cd所表示的面在第四個(gè)方向上粘合，得到的物體在原來這個(gè)正方體所表示的三維空間中是無法表示出來的，但是通過嵌入圖可以得到下面的圖（這個(gè)圖中的兩個(gè)維度中，一個(gè)是原來的時(shí)空維度，一個(gè)是由來彎曲時(shí)所朝向的維度）：現(xiàn)在得到的是在一個(gè)特定的維度中“看”到的剛才那個(gè)正方形的圖象。粘合以后的圖象是無法鑲嵌入三維空間中的，因而它已經(jīng)是一個(gè)復(fù)空間了（用拓?fù)涞恼Z言來說就是現(xiàn)在的宇宙時(shí)空屬于RP3，而沒有彎曲的時(shí)空是R3的。當(dāng)發(fā)生彎曲的時(shí)候，宇宙的類型和有幾個(gè)黑洞產(chǎn)生的時(shí)候的情況是一樣的，由于有黑洞誕生時(shí)的宇宙的的歐拉示性數(shù)已經(jīng)計(jì)算過了，還是為0。霍金在提出這個(gè)視界概念的時(shí)候曾經(jīng)說過，視界的兩個(gè)概念是相互等同的，就和“膜規(guī)范”概念和視界概念的等同一樣。那么引力到底是什么東西呢？恒星引力場會(huì)使得物體向引力源的方向產(chǎn)生加速度，使得靜止的物體向它落下，也就是說，視界的概念應(yīng)該和力的作用方式掛鉤起來。那么這些東西和力的作用方式有什么聯(lián)系呢？它們的作用機(jī)制又是什么呢？不知道還是否記得超弦？超弦是一種利用超對稱來解釋宇宙的眾多理論中的一個(gè)成功的理論。而組成物質(zhì)的物質(zhì)弦一般都是十分巨大的（相對于時(shí)空弦而言），因而往往一個(gè)物質(zhì)弦占有了許多個(gè)時(shí)空弦的位置。時(shí)空弦的長度由它所在的合場強(qiáng)決定，而一個(gè)地點(diǎn)周圍的6根時(shí)空弦由于受到的合場強(qiáng)在不同方向上不同，因而振動(dòng)頻率、振幅以及發(fā)生的偏移也就不同。但是在微觀的單位時(shí)間中，物體時(shí)時(shí)刻刻都在向周圍的不同方向上運(yùn)動(dòng)，不過總可以在經(jīng)過一系列的運(yùn)動(dòng)以后回到原地。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到了一個(gè)新的時(shí)空弦的連接點(diǎn)上的時(shí)候，上述的概率變化更加明顯，因而物體在宏觀單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的總位移將增大。引力的勢能引起了物體的加速運(yùn)動(dòng)，而視界處，物體受到的黑洞的引力異常的強(qiáng)大，以至于任何到達(dá)這個(gè)區(qū)域的物體在任何其他形式的能量的作用下，它背離黑洞方向上的運(yùn)動(dòng)的概率都精確為0！在這種情況下，黑洞在視界處