【正文】 布他們發(fā)現(xiàn)的討論會上，他們將這四個最早發(fā)現(xiàn)的源稱為 LGM1－ 4， LGM 表示“小綠 人”（“ Little Green Man”）的意思。米歇爾在他 1783 年的先驅(qū)性論文中 指出的，黑洞仍然將它的引力作用到它周圍的物體上。 在天鵝 X－ 1 的情形，不可見星大約是太陽質(zhì)量的 6倍。我對黑 洞作了許多研究，如果發(fā)現(xiàn)黑洞不存在，則這一切都成為徒勞。黑洞的數(shù)目甚至 比可見恒星的數(shù)目要大得相當(dāng)多。當(dāng)物質(zhì)旋入黑洞，它將使黑洞往同一方向旋轉(zhuǎn)，使黑洞產(chǎn) 生一類似地球上的一個磁場?；堇赵?jīng)算過，如果將世界海洋里所有的重水制成一個氫彈，則它 可以將中心的物質(zhì)壓縮到產(chǎn)生一個黑洞。然而，正如我們需要 在下一章看到的，黑洞根本不是真正黑的，它們像一個熱體一樣 發(fā)光，它們越小則 發(fā)熱發(fā)光得越厲害。它意味著，黑洞邊界 —— 即事件視界 —— 是由剛好不能從黑 洞逃逸而永遠(yuǎn)只在邊緣上徘徊的光線在空間 —— 時間里的路徑所形成的（圖 ）。 如果從事件視界（亦即黑洞邊界）來的光線永遠(yuǎn)不可能互相靠近，則事件視界 的面積可以保持不變或者隨時間增大，但它永遠(yuǎn)不會減小 —— 因?yàn)檫@意味著至少一 些在邊界上的光線必須互相靠近。他沒有意識到，假定黑洞已終止于不隨時間變化的狀態(tài)，按照這兩種定義， 黑洞的邊界以及其面積都應(yīng)是一樣的。分子可以認(rèn)為是不斷互相碰撞并不斷從盒 子壁反彈回來的康樂球。 8 和其他科學(xué)定律，譬如牛頓引力定律相比，熱力學(xué)定律的狀況相當(dāng)不同，例如， 它只是在絕大多數(shù)的而非所有情形下成立。由于攜帶熵的物質(zhì)落到黑洞中去，它的事件視界的 面積就會 增加，這樣黑洞外物質(zhì)的熵和事件視界面積的和就永遠(yuǎn)不會降低。但正是按照 其定義，黑洞被認(rèn)為是不發(fā)出任何東西的物體，所以看來，不能認(rèn)為黑洞的事 件視 界的面積是它的熵。斯塔拉賓斯基討論黑洞問題。我擔(dān)心如果柏肯斯坦發(fā)現(xiàn)了這個情況，他就一 定會用它去進(jìn)一步支持 他關(guān)于黑洞熵的思想，而我仍然不喜歡這種思想。人 們可以將這些起伏理解為光 或引力的粒子對，它們在某一時刻同時出現(xiàn)、互相離開、 9 然后又互相靠近而且互相湮滅。它必須找到它的伴侶并與之相湮滅。黑洞越小，負(fù)能粒子 在變成實(shí)粒子之前必須走的距離越短，這樣黑洞發(fā)射率和表觀溫度也就越大。但最合理的猜想是，它最終將 會在一個巨大的、相當(dāng)于幾百萬 顆氫彈爆炸的發(fā)射爆中消失殆盡。具有 10 億噸初始質(zhì)量的太初黑洞的壽命大體和宇宙的年齡相同。至少在最近的將來，這個設(shè)想并不現(xiàn)實(shí)。 這個極限表明，太初黑洞最多只能構(gòu)成宇宙中百 萬分之一的物質(zhì)。因?yàn)橘が斏渚€有非常高的頻率，從普郎克量子原理得知，每一伽瑪射 線量子具有非常高的能量，這樣甚至發(fā)射一萬兆瓦都不需要許多量子。（無論如 何，我們不太可能造出比這更大的探測器！） 當(dāng)一個高能的伽瑪射線量子打到我們 大氣的原子上時，它會產(chǎn)生出電子正電子（反電子）對。威克斯利用 阿歷桑那州的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了這類的探索。泰勒宣布這一切都是毫無意義的。然而，這是一種非?？蓱z的不朽，當(dāng)他在黑洞里被撕開時，他的任何個 人的時間的概念幾乎肯定都達(dá)到了終點(diǎn)，甚至最終從黑洞輻射出來的粒子的 種類一 般都和構(gòu)成這航天員的不同：這航天員所遺留下來的僅有特征是他的質(zhì)量或能量。這種方法對宇宙的開端 和終結(jié)，以及其中的諸如航天員之類的存在物給出的答案，這些將在下兩章中敘述。在會議的尾聲，所有參加者 應(yīng)邀出席教皇的一次演講。） 由于溫度即是粒子的平均能量 —— 或速度的測度，宇宙的變涼對于其中的物質(zhì)就會 有較大的效應(yīng)。大爆炸后的 1 秒鐘，溫度降低到約為 100 億度，這大約是太陽中 心溫度的 1 千倍， 亦即氫彈爆炸達(dá)到的溫度。正如前面提到的那樣，它們可以是“暗物質(zhì)”的一 種形式，具有足夠的引力吸引去遏止宇宙的膨脹，并使之重新坍縮。伽莫夫和他的學(xué)生拉夫所以，我們相當(dāng)確信，至少一直回溯到大爆 炸后大約一秒鐘為止，這個圖像是正確無誤的。這些區(qū)域之所以停止坍縮是因?yàn)樾窍档膫€別部分穩(wěn)定地繞著它的中心旋轉(zhuǎn)， 但星系整體并沒有旋轉(zhuǎn)。當(dāng)它 們進(jìn)一步變熱，就開始將氦轉(zhuǎn)變成像碳和氧這樣更重的元 素。在時間的長河中它冷卻下來，并從巖石 中溢出的氣體里得到了大氣。然而，有 一些誤差會產(chǎn)生出新的宏觀分子，在復(fù)制它們自己時會變得更好。在上述的模型中，從大爆炸開始光還沒有 來得及從一個很遠(yuǎn)的區(qū)域傳到另一個區(qū)域，即使這兩個區(qū)域在宇宙的早期靠得很近。正如以前解釋的，這表明我們可以從這理論中除 去大爆炸奇點(diǎn)和任何先于它的事件，因?yàn)樗鼈儗ξ覀儧]有任何觀測效應(yīng)。只有假定這種秩序不但應(yīng)用于定律，而且應(yīng)用于在空間 — 時間邊界處所給定的宇宙初始條件才是自然的。（如果每一結(jié)構(gòu)都是等幾率的，多半宇宙是從紊亂無序態(tài)開始，就是因?yàn)檫@ 種態(tài)多得這么多。這就是被稱為人擇原理的一個應(yīng)用的例子 。這些恒星將一些原先的氫和氦轉(zhuǎn)化成像碳和氧這樣的元素，由這些元素構(gòu)成我 們。至少現(xiàn)在，我們不能從理論上預(yù)言這些數(shù)值 —— 我們必須由觀察找到 它們。人們既可以認(rèn)為這是在創(chuàng) 生和科學(xué)定律選擇中的神意的證據(jù)，也可以認(rèn)為是對強(qiáng)人擇原理的支持。然而 強(qiáng)人擇原理卻宣布，這整個龐大的構(gòu)造僅僅是為我們的緣故而存在， 這是非常難以 令人置信的。這表明，如果直到時間的開端熱 大爆炸模型都是正確的，則必須非常仔細(xì)地選擇宇宙的初始態(tài)。正如早先我們討論的 ，人們預(yù)料 在這么高的溫度下，強(qiáng)和弱核力及電磁力都被統(tǒng)一成一個單獨(dú)的力。如果發(fā)生這種情形，宇宙 就處于一個不穩(wěn)定狀態(tài)，其能量比對稱破缺時更大。 18 在這樣一個其膨脹由宇宙常數(shù)加速、而不由物質(zhì)的引力吸引使之減慢的宇宙中， 早期宇宙中的光線就有足夠的時間從一個地方傳到另一個地方。答案是，宇宙的總能量剛好是零。這時當(dāng)宇宙變大時，物 質(zhì)能量密度下降。人們可以預(yù)料，在宇宙暴漲時不同力之間的對稱最終會被破壞，正 如過冷的水最終會凝固一樣。結(jié)果宇宙變成一種非常不一致 的狀態(tài)，有些 區(qū)域仍具有不同力之間的對稱。這會導(dǎo)致一個正如我們所觀察到的一 致的宇宙。莫斯便越俎代庖，為同 一雜志寫了一篇短文。正如在莫斯科那 樣，我用大部分時間講授關(guān)于暴漲 模型的問題。在西方，現(xiàn)在他們和 林德分享以緩慢對稱破缺的思想為基礎(chǔ)，并發(fā)現(xiàn)所謂新暴漲模型的榮譽(yù)。這里沒有相變和過冷，而代之以存在一個自旋為 0 的場， 由于它的量子漲 落，在早期宇宙的某些區(qū)域有大的場量。然 而，絕不是任何一種初始結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生像我們所觀察到的宇宙。羅杰其中一個就是它必須和費(fèi) 因曼提出的按照對歷史求和的量子力學(xué)表述相一致。（例如 2 乘 2 是 4，但－ 2乘－ 2也是這么多）。在歐幾里德空間 — 時間 中，時間方向和空間方向沒有不同之處。為了計算找到具有一定性質(zhì)，例如 在每一點(diǎn)和每一方向上看起來都一樣的實(shí)的空間 — 時間的概率，人們將和所有具有 這性質(zhì)的歷史相關(guān)聯(lián)的波迭加起來即可?？臻g — 時間就像是地球的表面，只不過多了兩維。它就是存在。拉卻爾和約納遜然而， 第二年夏天我在加州大學(xué)的圣他巴巴拉分校渡過。這兒就沒有使科學(xué)定律失效的奇點(diǎn)，也就是不存在在該處 必須祈求上帝或某些新的定律給空間一時間設(shè)定邊界條件的空間 — 時間邊緣。如果我們知道 在歷史求和中的歐幾里德彎曲空間 — 時間在早先時刻的行為，我們就會知道宇宙 的 量子態(tài)。它們的途徑看起來似乎被引 力場折彎了。也就是為了計算的目的人們必須用虛數(shù)而 不 是用實(shí)數(shù)來測量時間。 然而，當(dāng)人們實(shí)際去進(jìn)行這些求和時，就遇到了嚴(yán)重的技術(shù)問題。所以， 20 人們必須用量子引力論去討論宇宙的極早期階段。這樣，必定存在不會產(chǎn)生我們今天 所觀察到的宇宙的初始結(jié)構(gòu)。這個模型具 有早先暴漲模型的所有優(yōu)點(diǎn)，但它不是取決于使人生疑的相變，并且還能給出微波 背景輻射的溫度起伏，其幅度與觀測相符合。后來的工作還對極早期宇宙中是否存在這類所需要的相變提出懷疑。次年 2 月份，他寄給我一 篇由他和一個學(xué)生安德魯斯費(fèi)拉以其不差的魅力說服了英國航空公司向她和我免費(fèi)提供協(xié)和式飛機(jī)的宣傳 旅行座席。我回答說，這里有一個關(guān)于泡泡比宇宙還大的瑕疵，但 是里面關(guān)于緩慢對稱破缺的基本思想是非常好的。聽眾席中有一年輕的蘇聯(lián)人 —— 莫斯科 列別提夫研究所的安德雷 在固斯的原先設(shè)想中，有點(diǎn)像在非常冷的水中出現(xiàn)冰晶體，相變是突然發(fā)生的。這樣，可用以制造粒子 的總能量變得非常大。在空間上大體一致的宇宙的情 形中，人們可以證明，這個負(fù)的引力能剛好抵消了物質(zhì)所代表的正能量，所以宇宙 的總能量為零。 暴漲的思想還能解釋為何宇宙存在這么多物質(zhì)。這 樣，這些區(qū)域也以加速暴漲的形式而膨脹。液態(tài)水是對稱的，它在任何一點(diǎn)和任何方向上都是相同的。這種膨脹叫做“暴漲”，意指宇宙在一段時間里，不像現(xiàn)在這樣以減少 的、 而是以增加的速率膨脹。如果這樣，則一個從 某些隨機(jī)的初始條件發(fā)展而來的宇宙，應(yīng)當(dāng)包含許多光滑的、一致的并適合智慧生 命演化的區(qū)域。在這種情況下，不同區(qū)域之間的僅有的不同只 是它們的初始結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也許存在其他形式的、甚至還沒被科學(xué)幻想作家夢想過的智 慧生命。 很少人會對弱人擇原理的有效性提出異議。在這些區(qū)域中，如果智慧生物觀察到他們在宇宙的位置滿 足那些為他們生存所需的條件，他們不應(yīng)感到驚訝。這有一點(diǎn)像著名的一大群猴子敲打打字機(jī)的 故事 —— 它們大部分所寫的都是廢話。這里含蓄地假定，或者宇宙是空 間無限的，或者存在無限多宇宙。 但是，它是如何選擇宇宙的初始狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的？在時間的開端處“邊界條件”是什 么？ 一種可能的回答是，上帝選擇宇宙的這種初始結(jié)構(gòu)是因?yàn)槟承┪覀儫o望理解的 原因。 （ 4） 盡管在大尺度上宇宙是如此的一致和均 勻，它卻包含有局部的無規(guī)性， 諸如恒星和星系。這樣就逐漸地將大氣改變到今天這樣的成份，允許諸如魚、爬行動 物、哺乳動物以及最后人類等生命的更高形式的發(fā)展。人們認(rèn)為，它們可能是作為原子的偶然 結(jié)合形成叫做宏觀分子的大結(jié)構(gòu)的結(jié)果而在海洋中發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒑Ｑ笾械? 其他原子聚集成類 似的結(jié)構(gòu)。一些恒星接近生命終點(diǎn)時產(chǎn) 生的重元素就拋回到星系里的氣體中去，為下一代恒星提供一些原料。正如同我們的太陽一樣，它們將氫燃燒成氦，并將得到的能量以 熱和光的形式輻射出來。 宇宙作為整體，繼續(xù)膨脹變冷，但在一個略比平均更密集的區(qū)域，膨脹就會由于額 外的引力吸引而慢下來。這正是彭齊亞斯和威爾遜在 1965年發(fā)現(xiàn)的輻射。然后，氘核和更多的質(zhì)子中 子相結(jié)合形成氦核，它包含二個質(zhì)子和二個中子，還產(chǎn)生了少量的兩種更重的元素 鋰和鈹。然而，中微子和反中微子并沒有互相湮滅掉，因?yàn)檫@些粒子和它 們自己以及其他粒子的作用非常微弱，所以直到今天它們 應(yīng)該仍然存在。在足 夠高的溫度下，粒子的能量是如此之高，只要它們碰撞就會產(chǎn)生出來很多不同的粒 子／反粒子對 —— 并且，雖然其中一些粒子打到反粒子上去時會湮滅，但是它們產(chǎn) 生得比湮滅得更快。我對伽利略之所以有一種強(qiáng)烈的認(rèn)同感，其部分原因是剛好我出生于他死 后的 300 年！ 為了解釋我和其他人關(guān)于量子力學(xué)如何影響宇宙的起源和命運(yùn)的思想，必須首 先按照“熱大爆炸模型”來理解為大家所接受的宇宙歷史。另一方面，當(dāng)計入量子效應(yīng)時，物 體的質(zhì)量和能量會最終回到宇宙的其余部分，黑洞和在它當(dāng)中的任何奇點(diǎn)一道被蒸 發(fā)掉并最終消失。這是量子力學(xué)能夠去掉廣義相對論預(yù)言 的奇點(diǎn)的第一個跡象。這樣，即使我們還不能找到一個太初黑洞，大家相當(dāng)普遍地同意，如果找到的 話，它必須正在發(fā)射出大量的伽瑪射線和 X 射線。只有當(dāng)早期宇宙是非常光滑和均勻的，并有很高的壓力，人們才能解釋為 何沒有觀測到太初黑洞。當(dāng)然，存在許多其他現(xiàn)象，如閃電和太陽光從翻跟斗的衛(wèi)星以及軌 道上的碎片的反射，都能在天空發(fā)出閃光。但是，如果一個黑洞已經(jīng)輻射了 100至 200億年， 不在過去或?qū)淼膸装偃f年里，而是 在未來的若干年里到達(dá)它生命的終結(jié)的可能性 真是相當(dāng)?。∷栽谀愕难芯拷蛸N用光之前，為了有一合理的機(jī)會看到爆炸，必須 找到在大約 1 光年距離之內(nèi)檢測任何爆炸的方法。譬如講，如果它們的密 度高 100 萬倍， 則離開我們最近的黑洞可能大約在 10 億公里遠(yuǎn)，或者大約是已知的 最遠(yuǎn)的行星 —— 冥王星那么遠(yuǎn)。然而，這個背景可以是也可能是除了太初黑洞之外的過 程產(chǎn)生的。 只要我們能夠駕馭黑洞的功率，一個這樣的黑洞可以開動十 個大型的發(fā)電站。 但是即使那時候，它的溫度是如此之低，以至于要用 100 億億億億億億億億年（ 1后面跟 66個 O） 才全部蒸發(fā)完。當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時，它的事件視界面積變小，但是它發(fā)射出的 輻射的熵過量地補(bǔ)償了黑洞的熵的減少，所以第二定律從未被違反過。所以，如果存在黑洞， 帶有負(fù)能量的虛粒子落到黑洞里變成實(shí)粒子或?qū)嵎戳Ｗ邮强赡艿?。不確定性原理還預(yù)言了類似的虛的物質(zhì)粒子對的存在， 例如電子對和夸克對。 我們知道，任何東西都不能從黑洞的事件視界之內(nèi)逃逸出來，何以黑洞會發(fā)射 粒子呢？量子理論給我們的回答是 ，粒子不是從黑洞里面出來的，而是從緊靠黑洞 的事件視界的外面的“空”的空間來的！我們可以用以下的方法去理解它：我們以 為是“真空”的空間不能是完全空的，因?yàn)槟蔷蜁馕吨T如引力場和電磁場的所 有場都必須剛好是零。那時我還沒計算出實(shí)際 上輻射多少出來。我必須承認(rèn)，寫此文章的部份動機(jī)是因?yàn)楸话乜纤固顾? 激怒，我覺得他濫用了我的事件視界面積增加的發(fā)現(xiàn)。從日常