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<title>書路--黑洞、嬰兒宇宙及其他</title>
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黑洞、嬰兒宇宙及其他
十一、黑洞和嬰兒宇宙[17]
落到黑洞中去已成為科學幻想中的恐怖一幕。現在黑洞已在事實上被說成是科學的
現實，而非科學的幻想。正如我所要描述的，我們已有很強的理由預言黑洞必然存在。
觀測證據強烈地顯示，在我們自身的銀河系中有些黑洞，而在其他星系中則更多。 [17]作者注：這是1988年4月在伯克萊的加利福尼亞大學希奇科克的講演。
當然，科學幻想作家真正做到家的是，他們為你描述如果你真的掉到一顆黑洞中去
將會發生什么。不少人認為，如果黑洞在旋轉的話，你便可穿過時空的一個小洞而到宇
宙的另一個區域去。這顯然產生了空間旅行的可能性。如果我們要想到別的恒星，且不
說到別的星系去的旅行在未來成為現實，這的確是我們夢寐以求的東西。否則的話，沒
有東西可比光旅行得更快的這一事實意味著，到最鄰近的恒星的來回路途至少需要花八
年時間。這就是到α一半人馬座度周末所需要的時間！另一方面，如果人們能穿過一顆
黑洞，就可在宇宙中的任何地方重新出現。怎么選取你的目的地還不很清楚，最初你也
許想到處女座度假，而結果卻到了蟹狀星云。
我要非常遺憾地告訴未來的星系旅行家們，這個場景是行不通的。如果你跳進一顆
黑洞，就會被撕成粉碎。然而，在某種意義上，構成你身體的粒子會繼續跑到另一個宇
宙中去。我不清楚，某個在黑洞中被壓成意大利面條的人，如果得知他的粒子也許能存
活的話，是否對他是很大的安慰，
盡管我在這里采用了稍微輕率的語氣，這篇講演卻是基于可靠的科學作根據。我在
這里講的大部分現在已得到在這個領域作研究的其他科學家的贊同，盡管這是發生在新
近的事。然而，這篇講演的最后部分是根據還沒有達成共識的最近的工作。它引起了巨
大的興趣和激動。
雖然我們現在稱作黑洞的概念可以回溯到二百多年前，但是“黑洞”這個名字是晚
到1967年才由美國物理學家約翰·惠勒提出來的。這真是一項天才之舉：這個名字本身
就保證黑洞進入科學幻想的神秘王國。為原先沒有滿意名字的某種東西提供確切的名字
也刺激了科學研究。在科學中不可低估好名字的重要性。
盡我所知，首先討論黑洞的是一位名叫約翰·米歇爾的劍橋人，他在1783年寫了一
篇有關的論文。他的思想如下：假設你在地球表面上向上點燃一顆炮彈。在它上升的過
程中，其速度由于引力效應而減慢。它最終會停止上升而落回到地球上。然而，如果它
的初速度大于某個臨界值，它將永遠不會停止上升并落回來，而是繼續向外運動。這個
臨界速度稱為逃逸速度。地球的逃逸速度大約為每秒七英里，太陽的逃逸速度大約為每
秒一百英里。這兩個速度都比實際炮彈的速度大，但是它們比起光速來就太小了，光速
是每秒186000英里。這表明引力對光的影響甚微，光可以毫無困難地從地球或太陽逃逸。
可是，米歇爾推論道，也許可能有這樣的一顆恒星，它的質量足夠大而尺度足夠小，這
樣它的逃逸速度就比光速還大。因為從該恒星表面發出的光會被恒星的引力場拉曳回去，
所以它不能到達我們這里，因此我們不能看到這顆恒星。然而，我們可以根據它的引力
場作用到附近物體上的效應檢測到它的存在。
把光當作炮彈處理是不自洽的。根據在1897年進行的一項實驗，光線總是以恒常速
度旅行。那么引力怎么能把光線減慢呢？直到1915年愛因斯坦提出廣義相對論后，人們
才有了引力對光線效應的自洽理論。盡管如此，直到本世紀六十年代，人們才廣泛意識
到這個理論對老的恒星和其他重質量物體的含義。
根據廣義相對論，空間和時間一起被認為形成稱作時空的四維空間。這個空間不是
平坦的，它被在它當中的物質和能量所畸變或者彎曲。在向我們傳來的光線或者無線電
波于太陽附近受到的彎折中可以觀測到這種曲率。在光線通過太陽鄰近的情形時，這種
彎折非常微小。然而，如果太陽被收縮到只有幾英里的尺度，這種彎折就會厲害到這種
程度，即從太陽表面發出的光線不能逃逸出來，它被太陽的引力場拉曳回去。根據相對
論，沒有東西可以比光旅行得更快，這樣就存在一個任何東西都不能逃逸的區域。這個
區域就叫做黑洞。它的邊界稱為事件視界。它是由剛好不能從黑洞逃出而只能停留在邊
緣上徘徊的光線形成的。
假定太陽能收縮到只有幾英里的尺度，聽起來似乎是不可思議的。人們也許認為物
質不可能被壓縮到這種程度。但是在實際上這是可能的。
太陽具有現有的尺度是因為它是熱的。它正在把氫燃燒成氦，如同一顆受控的氫彈。
這個過程中釋放出的熱量產生了壓力，這種壓力使太陽能抵抗得住自身引力的吸引，正
是這種引力使得太陽尺度變小。
然而，太陽最終會耗盡它的燃料。這要發生也是在冉過大約五十億年以后的事，所
以不必焦急訂票飛到其他恒星去。然而，具有比太陽更大質量的恒星會更迅速地耗盡其
燃料。在燃料用盡后就開始失去熱量并且收縮。如果它們質量比大約太陽質量的兩倍還
小，就最終會停止收縮，并且趨向于一種穩定的狀態。這樣的狀態之一叫作白矮星。它
們具有幾千英里的半徑和每立方英寸幾百噸的密度。另一種這樣的狀態是中子星。它們
具有大約十英里的半徑和每立方英寸幾百萬噸的密度。
在銀河系我們緊鄰的區域觀察到大量的白矮星。然而，直到1967年約瑟琳·貝爾和
安東尼·赫維許在劍橋才首次觀測到中子星。那時他們發現了稱作脈沖星的發出射電波
規則脈沖的物體。最初，他們驚訝是否和外星文明進行了接觸。我的確記得，在他們要
宣布其發現的房間里裝飾了“小綠人”的圖樣。然而，他們和所有其他人最后只能得出
不太浪漫的結論，這些物體原來是旋轉的中子星。對于寫太空西部人的作家，這是個壞
消息，而對于我們這些當時相信黑洞的少數人，卻是個好消息。如果恒星能縮小到十至
二十英里的尺度，而變成中子星，人們便可以預料，其他恒星能進一步收縮而變成黑洞。
質量比大約太陽質量兩倍更大的恒星不能穩定成為一顆白矮星或中子星。在某種情
形下，該恒星可以爆炸，并拋出足夠的質量，使余下的質量低于這個極限。但是總有例
外。有些恒星會變得這么小，它們的引力場會把光線彎折到這種程度，使它折回到恒星
本身上去。不管是光線還是別的任何東西部不能逃逸出來。該恒星已經變成為一顆黑洞。
物理定律是時間對稱的。如果存在東西能落進去而不能跑出來的叫作黑洞的物體，
那就還應該存在東西能跑出來而不能落進去的其他物體。人們可以把這些物體叫做白洞。
人們可以猜測，一個人可以在一處跳進一顆黑洞，而在另一處從一顆白洞跑出來。這應
是早先提到長距離空間旅行的理想手段。你所需要做的一切是去尋找一顆鄰近的黑洞。
這種形式的空間旅行初看起來是可能的。愛因斯坦的廣義相對論中存在這類解，它
允許人往一顆黑洞落進再從一顆白洞跑出來。然而，后來的研究表明，所有這些解都是
非常不穩定的：最為微小的擾動，譬如講空間飛船的存在都會把這個“蟲洞”，或者從
該黑洞到該白洞的通道消滅。該空間飛船會被無限強大的力量撕得粉碎。這正如同躲藏
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