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在大桶里從尼亞加拉瀑布漂下去一樣。
事情似乎已經(jīng)絕望。黑洞也許可以用來擺脫垃圾甚至人們的某些朋友。但是它們是
“旅行者有去無歸的國度”。然而,我到此為止所說的一切都是根據(jù)利用愛因斯坦的廣
義相對論所進(jìn)行的計(jì)算。這個理論和我們迄今的一切觀測都吻合得極好。但是,由于它
不能和量子力學(xué)的不確定性原理合并,所以我們知道它不可能完全正確。不確定性原理
是說,粒子不能同時把位置和速度都很好地定義。你把一顆粒子的位置測量得越精確,
則對它的速度就測量得越不精確,反之亦然。
1973年我開始研究不確定性原理會對黑洞有什么改變。使我和其他所有人大吃一驚
的是,我發(fā)現(xiàn)它意味著黑洞不是完全黑的。它們以恒定的速率發(fā)射出輻射和粒子。當(dāng)我
在牛津附近的一次會議上宣布這些結(jié)果時,大家都不相信。該分會主席說,這些是沒有
意義的,而且他還寫了一篇論文重申。然而,在其他人重復(fù)我的計(jì)算時,他們發(fā)現(xiàn)了相
同的效應(yīng)。這樣,甚至連該主席都同意說我是正確的。
輻射是如何從黑洞的引力場中逃逸出來的呢?我們有好幾種辦法來理解。雖然它們
顯得非常不同,其實(shí)是完全等效的。一種方法是,不確定性原理允許粒子在短距離內(nèi)旅
行得比光還快。這就使得粒子和輻射能穿過事件視界從黑洞逃逸。然而,從黑洞出來的
東西和落進(jìn)去的東西不同。只有能量是相同的。
隨著黑洞釋放粒子和輻射,它將損失質(zhì)量。這將使黑洞變得越來越小,并更迅速地
發(fā)射粒子。它最終會達(dá)到零質(zhì)量并完全消失。對于那些落入黑洞的物體,還可能包括空
間飛船都會發(fā)生什么呢?根據(jù)我的一些最新的研究,其答案是,它們會出發(fā)到它們自身
的微小的嬰兒宇宙中去。一個小的自足的宇宙從宇宙中我們的區(qū)域分叉開來。這個嬰兒
宇宙可以重新連接到時空的我們的區(qū)域。如果發(fā)生這種情形的話,它在我們看來顯得是
另外一個黑洞形成并隨后蒸發(fā)掉。落進(jìn)一個黑洞的粒子會作為從另一個黑洞發(fā)射的粒子
而出現(xiàn),反之亦然。
這聽起來似乎正是允許通過黑洞進(jìn)行空間旅行所需要的。你只要駕駛你的空間飛船
進(jìn)入適當(dāng)?shù)暮诙矗詈檬窍喈?dāng)巨大的黑洞。否則的話,在你進(jìn)入黑洞之前引力就已經(jīng)把
你撕成意大利面條。你可望在另外一顆黑洞外面重新出現(xiàn),雖然你不能選擇在什么地方。
然而,在這種星系際運(yùn)送規(guī)劃中有一個意外的障礙。把落入黑洞的粒子取走的嬰兒
宇宙是在所謂的虛時間里發(fā)生的。在實(shí)時間里,一位落進(jìn)黑洞的航天員的結(jié)局是悲慘的。
作用到他頭上和腳上的引力差會把他撕開來。甚至連構(gòu)成他身體的粒子都不能幸免。它
們在實(shí)時間里的歷史會在一個奇點(diǎn)處終結(jié)。但是,粒子在虛時間里的歷史將會繼續(xù)。它
們將進(jìn)入并通過嬰兒宇宙,而且作為從另外一顆黑洞發(fā)射出來的粒子而重現(xiàn)。這樣,在
某種意義上可以說,航天員被運(yùn)送到宇宙的另一個區(qū)域。可是,出現(xiàn)的粒子和航天員沒
有什么相像之處。當(dāng)他在實(shí)時間中進(jìn)入奇點(diǎn)時,也不會因得知他的粒子將在虛時間里存
活,而得到什么安慰。對于任何落進(jìn)黑洞的人的箴言是:“想想虛的”。
是什么東西確定粒子在何處重現(xiàn)呢?嬰兒宇宙中的粒子數(shù)目等于落進(jìn)該黑洞的粒子
數(shù)目加上在它蒸發(fā)時發(fā)射的粒子數(shù)目。這表明,落入一顆黑洞的粒子將從另一顆具有大
致相等質(zhì)量的黑洞出來。這樣,人們可由創(chuàng)造一顆與粒子所落進(jìn)的黑洞相同質(zhì)量的黑洞,
來選擇粒子出來的地方。然而,該黑洞會同等可能地發(fā)出具有相等總能量的任何其他的
粒子集合。即便該黑洞的確發(fā)射出對頭種類的粒子,人們?nèi)匀徊荒芨嬷鼈兪欠窬褪锹?進(jìn)另一顆黑洞的那些粒子。粒子不攜帶身份證。給定種類的所有粒子都顯得很相像。
這一切表明,穿越黑洞并非空間旅行的受人歡迎的可靠的辦法。首先,你必須在虛
時間里旅行才到達(dá)那里,而不理睬你的歷史在實(shí)時間里達(dá)到悲慘的結(jié)局。其次。你不能
隨意選擇自己的日的地。這就像在我說不出名字的航線上旅行。
雖然嬰兒宇宙對于空間旅行無甚用處;但對于我們尋求能描述宇宙中萬物的完整的
統(tǒng)一理論的嘗試卻意義重大。我們現(xiàn)有理論包括一些量,譬如一顆粒子所帶電荷的大小。
我們的理論不能夠預(yù)言這些量。相反地,它們必須選取得和觀測相符合。可是,許多科
學(xué)家相信,存在一種基本的統(tǒng)一理論,它能把所有這些量都預(yù)言出來。
很可能存在一種這樣的基本理論。所謂異型超弦是目前最有前途的候選者。其思想
是時空充滿了許多像一根弦似的小圈圈。我們認(rèn)為是基本粒子的實(shí)際上是這些以不同方
式振動的小圈圈。這種理論不包含任何數(shù)值可以被調(diào)整的數(shù)。于是人們預(yù)料,這種統(tǒng)一
理論應(yīng)能預(yù)言出所有這些量的數(shù)值,譬如講一顆粒子所帶的電荷,那是現(xiàn)有理論不能確
定而遺留下來的量。雖然我們還不能從超弦理論預(yù)言這些量中的任何一個,但是很多人
相信,我們最終能夠做到這一點(diǎn)。
然而,如果嬰兒宇宙的圖像是正確的,我們預(yù)言這些量的能力就被降低。這是因?yàn)?我們不能觀察到在那里存在多少個嬰兒宇宙,等待著和宇宙中我們的區(qū)域相連接。有的
嬰兒宇宙只包含一些粒子。這些嬰兒宇宙是如此之微小,人們覺察不出它們的連接和分
叉。可是,它們連接上后就改變了諸如一顆粒子所帶電荷的量的表觀的值。這樣,因?yàn)?我們不知道有多少嬰兒宇宙等待在那里,所以我們就預(yù)言不出這些量的表觀值。也可能
出現(xiàn)嬰兒宇宙的人口爆炸。然而和人類不同的是,似乎沒有諸如食物供應(yīng)和站立空間的
限制因素。嬰兒宇宙存在于它們自身的實(shí)在之中。它有點(diǎn)像問在針尖上可容納多少個天
使跳舞的問題。
嬰兒宇宙似乎為大多數(shù)的量的預(yù)言值引進(jìn)了一定的哪怕是相當(dāng)小的不確定性。然而,
它們可以為一個非常重要的量,即所謂宇宙常數(shù)的觀測值提供一種解釋。這是使時空具
有膨脹或者收縮的內(nèi)在傾向的廣義相對論方程的一項(xiàng)。愛因斯坦提出一個非常小的宇宙
常數(shù),原意是希望用以平衡物質(zhì)使宇宙收縮的傾向。在人們發(fā)現(xiàn)宇宙是在膨脹后這個動
機(jī)即不復(fù)存在。但是要擺脫宇宙常數(shù)決非易事。人們可以預(yù)料,量子力學(xué)隱含的起伏會
給出非常大的宇宙常數(shù)。但是,我們能夠觀測宇宙的膨脹如何隨時間而變化,從而確定
宇宙常數(shù)是非常小的。迄今為止,對觀察值為什么必須這么微小還沒有找到任何好的解
釋。然而,嬰兒宇宙的分叉出去和連接回來會影響宇宙常數(shù)的表觀值。因?yàn)槲覀儾恢?有多少個嬰兒宇宙,宇宙常數(shù)就可能有不同的表觀值。然而,一個幾乎為零的值,是最
有可能的。這是令人慶幸的,因?yàn)橹挥挟?dāng)宇宙常數(shù)非常微小時,宇宙才適合橡我們這樣
的生物居住。
可以總結(jié)一下:看來粒子能夠落進(jìn)黑洞,然后黑洞蒸發(fā)并從宇宙中我們的區(qū)域消失。
這些粒子進(jìn)入嬰兒宇宙中。這些嬰兒宇宙從我們的宇宙分叉出去。這些嬰兒宇宙可以連
接回到其他的什么地方。它們對空間旅行無甚用處,但是它們的存在意味著我們預(yù)言能
力比所期望的更差,即便我們真的找到了完整的統(tǒng)一理論。另一方面,我們現(xiàn)在也許能
為某些像宇宙常數(shù)的量的測量值提供解釋。過去的幾年里,好多人開始研究嬰兒宇宙。
我認(rèn)為沒有人把它們作為空間旅行的方法而申請專利致富,但是它們已成為非常激動人
心的研究領(lǐng)域。
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