【正文】 經(jīng)驗(yàn)知道：只要將火鉗在火上燒至紅熱就能發(fā)出輻射。當(dāng)然， 人們?nèi)匀豢梢哉f(shuō)包括黑洞里的熵的總熵沒(méi)有降低 —— 但是由于沒(méi)有辦法看到黑洞里 面，我們不能知道里面物體的熵為多少。這種狀態(tài)比原先分子在左半部分的 狀態(tài)更加無(wú)序，所以人們說(shuō)熵增加了。（例如你只要停止保養(yǎng)房子，看會(huì)發(fā)生什么？）人們可以從無(wú)序 中創(chuàng)造出有序來(lái)（例如你可以油漆房子），但是必須消耗精力或能量，因而減少了 可得到的有序能量的數(shù)量。第二天，我給羅杰）但是，如果這些光線被黑洞所吞沒(méi)， 那它們就不可能在黑洞的邊界上呆過(guò)。我的殘廢使得這個(gè)過(guò)程相當(dāng)慢，所以我有許多時(shí)間。但是我 們知道，早期宇宙必須存在一些無(wú)規(guī)性，否則現(xiàn)在宇宙中的物質(zhì)分布仍然會(huì)是完全 均勻的，而不能結(jié)塊形成恒星和星系。 人們還可以考慮存在質(zhì)量比太陽(yáng)小很多的黑洞的可能性。星系中的恒星若十分靠近這個(gè)黑洞 時(shí)，作用在它的近端和遠(yuǎn)端上的引力之差或潮汐力會(huì)將其撕開(kāi)，它們的遺骸以及其 他恒星所拋出的氣體將落到黑洞上去。我們?cè)?1975 年打賭時(shí)，大家 80％斷定，天鵝座 是一黑洞。 4 圖 還有其他不用黑洞來(lái)解釋天鵝 X－ 1 的模型，但所有這些都相當(dāng)牽強(qiáng)附會(huì)。然而，有些這種系統(tǒng)，例如叫做天鵝 X－ 1（圖 ）的，也剛好是一個(gè)強(qiáng)的 X 射線源。如果 一顆恒星能坍縮到這么小的尺度，預(yù)料其他恒星 會(huì)坍縮到更小的尺度而成為黑洞，就是理所當(dāng)然的了。但 是它們都離開(kāi)我們太遠(yuǎn)了，所以對(duì)之進(jìn)行觀察太困難，以至于不能給黑洞提供結(jié)論 性的證據(jù)。 黑洞是科學(xué)史上極為罕見(jiàn)的情形之一，在沒(méi)有任何觀測(cè)到的證據(jù)證明其理論是 正確的情形下，作為數(shù)學(xué)的模型被發(fā) 展到非常詳盡的地步。羅賓遜利用卡特和我的結(jié)果證明了這猜測(cè)是對(duì)的：這樣的黑洞確實(shí)必須是克爾解。如果旋轉(zhuǎn)為零，黑洞就 是完美的球形，這解就和施瓦茲席爾德解一樣?；堇仗岢? 2 一種不同的解釋。伊斯雷爾（他生于柏林，在南非長(zhǎng)大，在愛(ài)爾蘭得 到博士）在 1967 年使黑洞研究發(fā)生了徹底的改變。在地球和太陽(yáng)的情形下能 量損失率非常小 —— 大約只能點(diǎn)燃一個(gè)小電熱器， 這意味著要用大約 1 干億億億年 地球才會(huì)和太陽(yáng)相撞，沒(méi)有必要立即去為之擔(dān)憂！地球軌道改變的過(guò)程極其緩慢， 以至于根本觀測(cè)不到?！? 任何東西或任何人一旦進(jìn)入事件視界，就會(huì)很快地到達(dá)無(wú)限致密的區(qū)域和時(shí)間的終 點(diǎn)?？磥?lái)這給空間 —— 時(shí)間內(nèi)的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是，所有這些解似乎都是非常 不穩(wěn)定的；最小的干擾，譬如一個(gè)航天員的存在就會(huì)使之改變，以至于他還沒(méi)能看 到此奇點(diǎn)，就撞上去而結(jié)束了他的時(shí)間。 廣義相對(duì)論預(yù)言，運(yùn)動(dòng)的重物會(huì)導(dǎo)致引力波的輻射，那是以光的速度傳播的空 間 —— 時(shí)間曲率的漣漪。但幾年以前，在稱為 PSR1913＋ 16（ PSR表 示“脈沖星”，一 種特別的發(fā)射出無(wú)線電波規(guī)則脈沖的中子星）的系統(tǒng)中觀測(cè)到這一效應(yīng)。他指出，根據(jù)廣義相對(duì)論，非旋 轉(zhuǎn)的黑洞必須是非常簡(jiǎn)單、完美的球形；其大小只依賴于它們的質(zhì)量，并且任何兩 個(gè)這樣的同質(zhì)量的黑洞必須是等同的。他們論證道，牽涉恒星坍縮的快速運(yùn)動(dòng)表明，其釋放出來(lái)的引力 波使之越來(lái)越近于球形，到它終于靜態(tài)時(shí)，就變成準(zhǔn)確的球形。如果有旋轉(zhuǎn)，黑洞的赤道附近就鼓 出去（正如地球或太陽(yáng)由于旋轉(zhuǎn)而鼓出去一樣），而旋轉(zhuǎn)得越快則鼓得越多。 所以在引力坍縮之后，一個(gè)黑洞必須最終演變成一種能夠旋轉(zhuǎn)、但是不能搏動(dòng)的態(tài)。的確，這經(jīng)常是反對(duì)黑 洞的主要論據(jù)：你怎么能相信一個(gè)其依據(jù)只是基于令人懷疑的廣義相對(duì)論的計(jì)算的 對(duì)象呢？然而， 1963年，加利福尼亞的帕羅瑪天文臺(tái)的天文學(xué)家馬丁 1967 年，劍橋的一位研究生約瑟琳 按照黑洞定義，它不能發(fā)出光，我們何以希望能檢測(cè)到它呢？這有點(diǎn)像在煤庫(kù) 里找黑貓。對(duì)這現(xiàn)象的最好解釋是，物質(zhì)從可見(jiàn)星的表面被吹起來(lái)，當(dāng)它落向不可見(jiàn) 的伴星之時(shí)，發(fā)展成螺旋狀的軌道（這和水從浴缸流出很相似），并且變得非常熱 而發(fā)出 X 射線（圖 ）。黑洞 看來(lái)是對(duì)這一觀測(cè)的僅有的真正自然的解釋。迄今，我可以講大約 95％是肯定的，但輸贏最終尚未見(jiàn)分曉。正如同在天鵝 X－ 1 情形那樣，氣體將以螺旋 形軌道向里運(yùn)動(dòng)并被加熱， 雖然不如天鵝 X－ 1 那種程度會(huì)熱到發(fā)出 X射線，但是它 可以用來(lái)說(shuō)明星系中心觀測(cè)到的非常緊致的射電和紅外線源。因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量比強(qiáng) 德拉塞卡極限低，所以不能由引力坍縮產(chǎn)生： 這樣小質(zhì)量的恒星，甚至在耗盡了自 己的核燃料之后，還能支持自己對(duì)抗引力。 很清楚，導(dǎo)致形成恒星和星系的無(wú)規(guī)性是否導(dǎo)致形成相當(dāng)數(shù)目的“太初”黑洞， 這要依賴于早期宇宙的條件的細(xì)節(jié)。那時(shí)候還不存 在關(guān)于空間 —— 時(shí)間的那一點(diǎn)是在黑洞之內(nèi)還是在黑洞之外的準(zhǔn)確定義。所以在事件視界上的光線的路徑必須永遠(yuǎn)是 互相平行運(yùn)動(dòng)或互相散開(kāi)。彭羅斯打 電話，他同意我的 結(jié)果。 熱力學(xué)第二定律是這個(gè)觀念的一個(gè)準(zhǔn)確描述。類似地，我們將一個(gè)充滿氧分子的盒子和另 一 個(gè)充滿氮分子的盒子連在一起并除去中間的壁，則氧分子和氮分子就開(kāi)始混合。如果黑洞具有某一特征，黑洞外的觀察者 因之可知道它的熵，并且只要攜帶熵的物體一落入黑洞，它就會(huì)增加，那將是很美 妙的。 但在低溫下物體也發(fā)出輻射；通常情況下，只是因?yàn)槠漭椛湎喈?dāng)小而沒(méi)被注意到。然而，最后發(fā)現(xiàn)，雖然是在 一種他肯定沒(méi)有預(yù)料到的情形下，但他基本上還是正確的。我預(yù)料要去發(fā)現(xiàn)的正是捷爾多維奇和斯塔拉賓斯基所預(yù)言的從旋 轉(zhuǎn)黑洞發(fā)出的輻射。然而場(chǎng)的數(shù)值和它的時(shí)間變化率如同不確定性原理所表明的 粒子位置和速度那樣，對(duì)一個(gè)量知道得越準(zhǔn)確，則對(duì)另一個(gè)量知道得越不準(zhǔn)確。然而在這種情形下，粒子對(duì)的一個(gè)成員為粒子而另一成員為 反粒子（光和引力的反粒子正是和粒子相同）。這種情形下，它 不再需要和它的伴侶相湮滅了，它被拋 棄的伴侶也可以落到黑洞中去。 還有，黑洞的質(zhì)量越小，則其溫度越高。這比宇宙的年齡長(zhǎng)得多 了， 宇宙的年齡大約只有 100 到 200 億年（ 1或 2 后面跟 10 個(gè) 0）。 然而，這是非常困難的：這黑洞的質(zhì)量和一座山差不多，卻被壓縮成萬(wàn)億之一英寸 亦即比一個(gè)原子核的尺度還小！如果在地球表面上你有這樣的一個(gè)黑洞，就無(wú)法阻 止它透過(guò)地面落到地球的中心。圖 ，如果在每立方光年平均有 300 個(gè)太初黑洞，它們所發(fā) 射的伽瑪射線的強(qiáng)度應(yīng)如何地隨頻率而變化。在這個(gè)距離上去探測(cè)黑洞恒定的輻射，即使其功率 為 1 萬(wàn)兆瓦， 仍是非常困難的。 你仍需要一個(gè)相當(dāng)大的伽瑪射線 探測(cè)器，以便去檢測(cè)從這爆炸來(lái)的若干伽瑪射線量子。人們可在兩個(gè)或更多的隔開(kāi)相當(dāng)遠(yuǎn)的地 點(diǎn)同時(shí)觀察這閃光，將伽瑪射線爆從以上所說(shuō)的現(xiàn)象中識(shí)別出來(lái)。 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 黑洞輻射的思想是第一個(gè)這樣的例子，它以基本的方式依賴于本世紀(jì)兩個(gè)偉大 理論即廣義相對(duì)論和量子力學(xué)所作的預(yù)言。 黑洞輻射的存在看來(lái)意味著，引力坍縮不像我們?cè)?jīng)認(rèn)為的那樣是最終的、不 可逆轉(zhuǎn)的。然而，我和其他人在 1974年所用的方法不能回答諸如量子引 力論中是否會(huì)發(fā)生奇性的問(wèn)題。量子力學(xué)對(duì)大爆炸和大擠壓奇點(diǎn)也能有同樣戲劇性的效應(yīng)嗎？在 宇宙的極早或極晚期，當(dāng)引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，以至于量子效應(yīng)不能不考慮時(shí)，究竟 會(huì)發(fā)生什么？宇宙究竟是否有一個(gè)開(kāi)端或終結(jié)？如果有的話，它們是什么樣子的？ 整個(gè) 70 年代我主要在研究黑洞，但在 1981 年參加在梵蒂岡由耶穌會(huì)組織的宇宙 學(xué) 會(huì)議時(shí)，我對(duì)于宇宙的起源和命運(yùn)問(wèn)題的興趣重新被喚起。它是假定從早到大爆炸 時(shí)刻起宇宙就用弗利德曼模型描述。然而，在更低的溫度下，碰撞粒子具有較小的能量，粒子／反 粒子對(duì)產(chǎn)生得不快，而湮滅則變得比產(chǎn)生更快。如果我們 能觀測(cè)到它們，就會(huì)為非常熱的早期宇宙階段的圖象提供一個(gè)很好的證據(jù)。可以計(jì)算出，在熱大爆炸模型中大約 4 分之 1 的質(zhì)子和中子轉(zhuǎn)變了氦核，還 14 有少量的重氫和其他元素。在阿爾法、 貝特和伽莫夫?qū)懘苏撐臅r(shí)，對(duì)于質(zhì)子和中子的核反應(yīng)了解得不多。 在一些區(qū)域膨脹會(huì)最終停止并開(kāi)始坍縮。它們會(huì)穩(wěn)定地在這種狀態(tài)下停留一段很長(zhǎng)的時(shí)間。我們自己的 太陽(yáng)包含大約 2％這樣的重元素， 因?yàn)樗堑诙虻谌阈牵怯?50 億年前從 包含有更早的超新星的碎片的旋轉(zhuǎn)氣體云形成 的。它們就這樣地復(fù)制了自己并繁殖。 宇宙從非常熱開(kāi)始并隨膨脹而 冷卻的景象，和我們今天所有的觀測(cè)證據(jù)相一致。人們認(rèn)為，這些是從早期宇宙中不同區(qū)域間的密度的很小的差別 發(fā)展而來(lái)。這肯定是在一個(gè)全能造物主的力量之內(nèi)。在紊亂邊界條件下，在剛剛大爆炸之后，尋求任 何空間的區(qū)域在任意給定的結(jié)構(gòu)的概率，在某種意義上，和 它在任何其他的結(jié)構(gòu)的 概率是一樣的：宇宙初始態(tài)的選擇純粹是隨機(jī)的。但是純粹由于偶然，它們可能碰巧打出莎士 比亞的一首短詩(shī)。這有點(diǎn)像生活在富裕街坊的富 人看不到任何貧窮。然而，有的人走得更遠(yuǎn)并提出強(qiáng)人 擇原理。它并不需要像太陽(yáng)這樣恒星的光，或在恒星中制造出并在它爆炸時(shí)被拋到 空間去的更重的化學(xué)元素。這樣，強(qiáng)人擇原理即歸結(jié)為弱人擇原理。另一方面，如果宇宙的初始條件必須極端仔細(xì)地選擇，才能導(dǎo) 致在 我們周圍所看到的一切，宇宙就不太可能包含任何會(huì)出現(xiàn)生命的區(qū)域。按照固斯理論，在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 1秒的時(shí)間里，宇宙的半 徑增大了 100 萬(wàn)億億億（ 1 后面跟 30 個(gè) 0）倍。然而，當(dāng)冰晶體形 成時(shí)，它們有確定的位置，并在某一方向上整齊排列，這就破壞了水的對(duì)稱。當(dāng)它們膨 脹時(shí)，物質(zhì)粒子越分越開(kāi)，留 下了一個(gè)幾乎不包含任何粒子，并仍然處于過(guò)冷狀態(tài)的膨脹的宇宙。在我們能觀察到的宇宙里大體 有 1 億億億億億億億億億億（ 1后面跟 80個(gè) 0） 個(gè)粒子。 零的兩倍仍為零。正如固斯所說(shuō)的：“都說(shuō)沒(méi)有免費(fèi)午餐這件事，但是宇宙是 最徹底的免費(fèi)午餐。 其想法是，正如同沸騰的水圍繞著蒸汽泡，新的對(duì)稱破缺相的“泡泡”在原有的對(duì) 稱相中形成。林德 —— 他講，如果泡泡是如此之大，以至于我們宇宙 的區(qū)域被整個(gè)地包含在一個(gè)單獨(dú)的泡泡之中，則可以避免泡泡不能合并在一起的困 難。我建議將此論文照原樣發(fā)表。然而，在去機(jī)場(chǎng)的路上被大雨耽擱，我沒(méi)趕上航班。阿爾伯勒希特合寫(xiě)的論文。 我個(gè)人的意見(jiàn)是，現(xiàn)在新暴漲模型作為一個(gè)科學(xué)理論是氣數(shù)已盡。 暴漲模型的研究指出：宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)可以從相當(dāng)大量的不同初始結(jié)構(gòu)引起的。所以，就連暴 漲模型也沒(méi)有告訴我們，為何初始結(jié)構(gòu)不是那種產(chǎn)生和我們觀測(cè)到的非常不同的宇 宙的某種態(tài)。我們將會(huì)看到，在量子力學(xué)中， 通常的科學(xué)定律有可能在任何地方都有效，包括時(shí)間開(kāi)端這一點(diǎn)在內(nèi)：不必針對(duì)奇 點(diǎn)提出新的定律，因?yàn)樵诹孔永碚撝胁豁氂腥魏纹纥c(diǎn)?；乇苓@個(gè)問(wèn)題的 唯一獨(dú)特的方法是：你 必須不是對(duì)發(fā)生在你我經(jīng)驗(yàn)的“實(shí)”的時(shí)間內(nèi)的，而是對(duì)發(fā) 生在所謂“虛”的時(shí)間內(nèi)的粒子的途徑的波進(jìn)行求和。這對(duì)空間 — 時(shí)間有一有趣的效應(yīng)：時(shí)間和空間的區(qū)別完全 消失。當(dāng)我們用費(fèi)因曼的路徑求和方法去處理愛(ài)因斯坦的引力觀點(diǎn)時(shí)，和粒 子的歷史相類似的東西則是代表整個(gè)宇宙歷史的完整的彎曲的空間 — 時(shí)間。 在以實(shí)的空間 — 時(shí)間為基礎(chǔ)的經(jīng)典引力論中，宇宙可能的行為只有兩種方式： 或者它已存在了無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間，或者它在有限的過(guò)去的某一時(shí)刻的奇點(diǎn)上有一個(gè)開(kāi)端。人們 可以說(shuō)：“宇宙的邊界條件是它沒(méi)有邊界。我的一位朋友兼合作者詹姆回 到劍橋后，我和我的兩個(gè)研究生朱麗安它既不被創(chuàng)生，也不被消滅。因?yàn)槿藗兪怯脷W幾里德空間 — 時(shí)間，在 這兒時(shí)間方向和空間方向是同等的，所以空間 — 時(shí)間只有有限的尺度，卻沒(méi)有奇點(diǎn) 作為它的邊界或邊緣是可能的。 也就是，時(shí)間是虛的并和空間的方向不可區(qū)分。我們現(xiàn)在稱之為歐幾里德空間 — 時(shí)間 的東西除了是四維而不是二維以外，其余的和它非常相似。如果你取任何平常的（或“實(shí)的”） 數(shù)和它自己相乘， 結(jié)果是一個(gè)正數(shù)。然而， 我們相當(dāng)清楚這樣一套統(tǒng)一理論所應(yīng)該具有的某些特征。 為了預(yù)言宇宙應(yīng)該是如何開(kāi)始的，人們需要在時(shí)間開(kāi)端處有效的定律。所以，如果愿意的話，我們可以利用弱人擇原理解釋宇宙為何是這個(gè)樣子。林德在 1983年提出 了一個(gè)更好的所謂紊亂暴漲模型。后來(lái)他告訴我，他不記得我描述過(guò)林德的思 想，并且只是在他們幾乎完成論文之時(shí)，才看到林德的文章。之后，應(yīng)邀作了關(guān)于暴漲宇宙的講演。我和因林德的緩慢對(duì)稱 破缺思想是非常好的，但過(guò)后 我意識(shí)到，他的泡泡在那一時(shí)刻必須比宇宙的尺度還要大！我指出，那時(shí)對(duì)稱不僅 僅在泡泡里，而且在所有的地方同時(shí)被破壞。麻煩在于，正如同我 和其他幾個(gè)人所指出的，宇宙膨脹得如此之快，甚至即使泡泡以光速漲大，它們也 要互相分離，并因此不能合并在一起。這樣，必須有一種機(jī)制，它可以消去這一非 常大的有效宇宙常數(shù)，從而使膨脹率從加速的狀態(tài)，改變?yōu)檎缤裉爝@樣由引力 減慢下的樣子。在宇宙的正常膨脹時(shí)，這并沒(méi)有發(fā)生。但這只不過(guò)引 起了能量從何而來(lái)的問(wèn)題。所以， 宇宙現(xiàn)在光滑一致的狀態(tài)，可以是從許多不同的非一致的初始狀態(tài)演化而來(lái)。固斯認(rèn)為，宇宙的行為也很 相似：宇宙溫度可以低 到臨界值以下，而沒(méi)有使不同的力之間的對(duì)稱受到破壞。這些高 溫表明宇宙中的粒子運(yùn)動(dòng)得非常快并具有高能量。這意味著宇宙的初 始態(tài)在每一處必須剛好有同樣的溫度，才能說(shuō)明我們?cè)诿恳环较蛏峡吹降奈⒉ū?