路很長(zhǎng)，臨近盡頭尤甚。 ——迪·阿倫（Woody Alien） 這最后一章 是用宇宙整體的眼光來(lái)看黑洞的時(shí)候了。我們已經(jīng)尋找了比原子還小的微型原初黑洞的光亮，我們已經(jīng)看到了半徑為10公里上下的恒星級(jí)黑洞的誕生，我們也已經(jīng)同尺度像太陽(yáng)系那么大的巨型黑洞打過(guò)了交道，只剩下一個(gè)問(wèn)題要問(wèn)：可能的最大黑洞是什么？答案是現(xiàn)代科學(xué)中的一個(gè)最驚人的設(shè)想：宇宙本身。 要弄懂為什么這個(gè)答案并非妄言，必須介紹一些宇宙學(xué)的基本知識(shí)。現(xiàn)代宇宙學(xué)家已經(jīng)超越了人類為求得一個(gè)可認(rèn)識(shí)和無(wú)疑慮的宇宙圖像所編過(guò)的神話和所作過(guò)的玄想，他們有三個(gè)觀測(cè)事實(shí)，在對(duì)之作了仔細(xì)的物理解釋后，就能據(jù)以反推出宇宙的過(guò)去歷史。星系的運(yùn)動(dòng)，輕元素（指氫、氛和氦，它們不是在恒星中產(chǎn)生的）的相對(duì)豐度，以及均勻的宇宙輻射，全都表明宇宙在自極高密、極高溫的大爆炸狀態(tài)以來(lái)的150億年中一直在膨脹。 觀測(cè)已經(jīng)提供了對(duì)宇宙歷史的透視，然而只有理論才能猜測(cè)宇宙的未來(lái)。由于決定大尺度物理結(jié)構(gòu)的是引力，愛因斯坦廣義相對(duì)論給出了與過(guò)去的狀態(tài)相符的宇宙學(xué)模型。關(guān)于將來(lái)，則有兩個(gè)可能的解答：一個(gè)膨脹再收縮的宇宙，在時(shí)間上和空間上都是有限的；或者是一個(gè)無(wú)限地膨脹的宇宙（與某些宇宙學(xué)家也有的流行觀念相反，宇宙在時(shí)間上的無(wú)限并不意味著在空間上的無(wú)限）。 宇宙中物質(zhì)的平均密度決定著宇宙未來(lái)的命運(yùn)。如果密度小于臨界值10《’克／立方厘米（相當(dāng)于每立方米的空間里有六個(gè)氫原子），”則宇宙的引力場(chǎng)不足以束縛住物質(zhì)，宇宙將繼續(xù)無(wú)休止地膨脹。相反，如果平均密度大于臨界值，則引力終將使宇宙停止膨脹并重新收縮，在1000億年內(nèi)宇宙將坍縮成一種與大爆炸相反的狀態(tài)，不妨叫做大擠壓。 無(wú)論宇宙的最后命運(yùn)如何（宇宙密度的實(shí)際測(cè)量值稍小于臨界值，但還不能由此得出“開放”宇宙的結(jié)論，因?yàn)椴⒎撬械奈镔|(zhì)都已被觀測(cè)到），黑洞都將是其中的主角。普林斯頓高級(jí)學(xué)術(shù)研究所的弗里曼·戴森（Freeman Dxson）和倫敦大學(xué)的雅瑪爾·伊思蘭（Jamal Islam）已經(jīng)研究了持續(xù)膨脹的宇宙的長(zhǎng)時(shí)期演化（見伊思蘭的著作《宇宙的最終命運(yùn)》入劍橋大學(xué)出版社1983年）。雖然宇宙已經(jīng)存在了150億年，這種長(zhǎng)時(shí)間的物理過(guò)程尚未開始，但遲早將會(huì)來(lái)臨。在大約102’年里，所有已熄滅的恒星都將聚集在星系中心，成為10’他彈量的大黑洞。星系團(tuán)中星系軌道運(yùn)動(dòng)的能量也將由于引力輻射而消散，在大約1031年里星系都將落到團(tuán)的中心，并聚合成10”Mpe量的超巨型黑洞。在更大得多的時(shí)間尺度上，反過(guò)程即黑洞的量子蒸發(fā)將會(huì)發(fā)生。恒星級(jí)黑洞將在10e’年里蒸發(fā)光，星系級(jí)巨型黑洞需要100’年，超巨型黑洞則需要10’歷年。作為能量和滴的最后蓄積，黑洞將變得與白洞類似，把自己的物質(zhì)散布到膨脹的宇宙中（以“合格”的黑體輻射的形式，見第15章）。 戴森最后問(wèn)自己，面對(duì)宇宙不可避免地變得稀薄和冷卻這種不利的條件，高級(jí)文明能否通過(guò)從黑洞中提取能量來(lái)無(wú)限期地維持生存？這個(gè)設(shè)想使人回憶起一些典型的科學(xué)幻想故事，而與現(xiàn)代粒子物理的一個(gè)預(yù)測(cè)相抵觸，那就是，質(zhì)子并不是永存的，而是會(huì)在大約收‘年后衰變（現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)并未證實(shí)關(guān)于質(zhì)子壽命的這個(gè)預(yù)測(cè)）。那么，遠(yuǎn)在黑洞開始釋放其能量之前，所有的物理結(jié)構(gòu)和生命組織就都已消亡。 現(xiàn)在來(lái)考查一下時(shí)間上和空間上都有限的膨脹一收縮宇宙的后果。使宇宙成為一個(gè)閉合系統(tǒng)所需的最低密度是一個(gè)質(zhì)量為1023M，半徑為400億光年的黑洞的平均密度（黑洞的平均密度是隨其半徑的增大而減小的），而對(duì)我們的宇宙而言，光所走過(guò)的最大距離不超過(guò)150億光年。這就是說(shuō)宇宙是在其史瓦西半徑之內(nèi)，能由此得出結(jié)論說(shuō)我們是生活在一個(gè)極其巨大的黑洞內(nèi)部嗎？ 更深入地作一番考慮，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有一系列的理論證據(jù)支持黑洞宇宙的假設(shè)。請(qǐng)讀者回想圖47這一智力杰作，即是一顆坍縮的球形恒星內(nèi)部和外部的時(shí)空?qǐng)D。外部是史瓦西幾何片，而內(nèi)部的幾何則有賴于恒星物質(zhì)的狀態(tài)方程。廣義相對(duì)論證明，如果恒星類似于一團(tuán)壓強(qiáng)為零、密度均勻的球狀“云”，即類似于充滿于宇宙的星系氣體，則云的內(nèi)部幾何（圖中的斜線區(qū)）與閉合宇宙的幾何完全一致，而且內(nèi)部和外部幾何在云的表面完好地相連接。 另一方面，閉合的膨脹一收縮宇宙也有一個(gè)視界，即這樣一個(gè)時(shí)空邊界，在其之外的事件是我們所不可聯(lián)絡(luò)的，因?yàn)槟切┦录墓庑盘?hào)不能到達(dá)我們這里。這個(gè)宇宙學(xué)視界（不要與粒子視界相混淆，后者是指在一個(gè)給定時(shí)刻宇宙中可觀測(cè)部分的空間邊界）是與將來(lái)奇點(diǎn)（即大擠壓）相聯(lián)系著，從內(nèi)部看，它就像黑洞視界從外部看時(shí)規(guī)定著黑洞的邊界一樣（事實(shí)上閉合宇宙的最大半徑與它在外部觀測(cè)者眼中的史瓦西半徑精確相等）。 因此可以想象，如果宇宙是閉合的，就必定有一個(gè)外部世界，我們的宇宙是其中的一個(gè)隱藏在黑洞內(nèi)的區(qū)域。顯然，如果這個(gè)（仍令人迷惑不解的）假設(shè)能得到證明，宇宙學(xué)將展開一個(gè)全新的領(lǐng)域。 例如，科學(xué)家們首先想知道的是，我們的宇宙是怎樣成為一個(gè)黑洞的。它是外部宇宙中的一個(gè)原初黑洞呢，還是由一個(gè)102M質(zhì)量的“超級(jí)恒星”的目力坍縮而形成的呢？這樣看來(lái)，外部宇宙就不是真空，那里的星系（或許是由我們完全不知道的物質(zhì)組成的）可以整個(gè)地掉進(jìn)我們的宇宙。 宇宙作為一個(gè)黑洞的最吸引人的結(jié)果將是黑洞內(nèi)物質(zhì)完全出乎意料的行為。廣義相對(duì)論指出，恒星在史瓦西半徑以內(nèi)的引力收縮必定以中心奇點(diǎn)為終結(jié)。但是，廣義相對(duì)論是不完整的。由于沒(méi)有量子引力理論，我們必須承認(rèn)對(duì)支配黑洞內(nèi)物質(zhì)行為的定律實(shí)際上一無(wú)所知。膨脹一收縮的黑洞宇宙似乎暗示著，黑洞內(nèi)的引力坍縮可以在奇點(diǎn)之前停止。物質(zhì)的某種最后阻抗，例如一種只在很小距離上才顯示出來(lái)的強(qiáng)排斥作用，可能造成坍縮恒星的物質(zhì)“反彈”，類似地，整個(gè)宇宙就在極密狀態(tài)和充滿史瓦西球內(nèi)部的膨脹狀態(tài)之間無(wú)限地振蕩。這種行為可能有一天會(huì)在所有基本相互作用的統(tǒng)一理論中出現(xiàn)，在這種理論中引力奇點(diǎn)已被消除（見第12章）。 黑洞宇宙理論最后提出的問(wèn)題是關(guān)于我們宇宙的唯一性。我們的封閉宇宙相對(duì)于外部宇宙是處于什么地位呢？也許可以有一個(gè)套一個(gè)的宇宙等級(jí)，也就是黑洞之中又有黑洞。最新的物理理論允許這種“氣泡宇宙”的存在。 這些有點(diǎn)過(guò)度的猜測(cè)更像是幻想而不是真實(shí)。它們?cè)趯W(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究工作中并不怎么受重視，因?yàn)樗鼈儗?shí)在延伸得超出我們的實(shí)際知識(shí)太遠(yuǎn)，而對(duì)科學(xué)的真正進(jìn)展又沒(méi)有什么幫助。或許有一天我們能擁有賴以回答這些問(wèn)題的理論工具，但是我們決不要欺騙自己：所有這些理論都建立在想象之上，而現(xiàn)實(shí)常常與想象大不相同。為了抓住真實(shí)世界的哪怕是一個(gè)碎片，我們必須用自己的腦和手工作，作千百次的測(cè)量，而不是依靠那些過(guò)于優(yōu)美的主意和理論。 已經(jīng)到了本書的結(jié)尾，我們學(xué)到了什么東西呢？我想是的，黑洞的出現(xiàn)無(wú)疑標(biāo)志著一場(chǎng)革命的開始。這是變化著的思想和理論世界的革命，也是恒星、星系和宇宙本身的命運(yùn)正在緩慢地展示出來(lái)的真實(shí)世界的革命。但是所有的革命都有隱藏的危險(xiǎn)。作為毛里斯·梅特林克（Maur | 
