一、霍金辐射

1．引子

讲到这里我们已经明白，因为黑洞巨大的质量密度，导致周围的时空极度弯曲，因此会如饕餮猛兽，吞食一切，就连光从中都出不来，是个货真价实的黑黑的无底洞。

但在科学研究的路途上，从来就没有所谓的“定论”。只有敢于挑战权威、质疑定论的人，才能登上新的高峰。

1975年，霍金发表了一个令人震惊的结论：黑洞并不绝对“黑”，它可以辐射出光子、中子等。我们将这个现象称为“霍金辐射”。

不过你霍金凭什么这样认定呢？人家广义相对论已判决性地指出，黑洞里啥都出不来，你有什么依据呢？原来，霍金引入了另一个巅峰理论——量子力学，来与相对论一并研究黑洞。

大家知道，量子力学是近代物理的另一大分支，体系非常庞大，这里只简要提及一些量子力学的知识。

2．隧道效应

在量子力学所描述的微观世界里，粒子有一种神奇的本领，称为“隧道效应”。举个例子，大家都知道崂山道士吧，他们有一个本事就是能穿墙而过，而且墙体还好好的。当然这只是个神话。但是我现在要告诉你，每一个微观粒子都是“崂山道士”，这又是一个让人无法理解的自然现象。

还是打个比方，我们将足球踢向一堵墙，会出现什么后果？常识告诉我们，足球会被墙体反弹回来。但大家想想，如果这面墙是豆腐做的，又会如何？足球会破墙而过。这个现象用初中物理知识就可以解释，你把足球踢起来，足球获得一个动能，如果足球的动能超过了墙体的势能，就会破墙而过；如果小于墙的势能，就会被反弹回来；如果正好等于墙体的势能，足球就“趴”在墙上了。水泥墙，很硬，或者说势能很大，足球就会被反弹；豆腐墙，很软，或者说势能很小，足球就会破墙而过。

再设想一下，踢起来的足球，虽然动能不如墙的势能大，但还是穿了过去，而且墙体还好好的，一点都没破。你能想象吗？这是无法想象的。但如果把足球变成一个微观粒子，这种事时时都在发生。物理学家也无法理解，猜想是不是有一个特殊隧道让粒子过去了，所以将此命名为“隧道效应”，也叫“势垒贯穿”。

其实，哪里有什么隧道，这是一种量子效应，微观粒子是有可能穿过比它能量高的界面的。这是实验反复证实了的现象，不接受也得接受。

对于黑洞的边界来说，视界就是一个能量特别高的势垒，任何粒子所具有的能量不可能超过这个势垒。但微观粒子能像崂山道士一样，有可能穿过这堵墙。这真是应了中国的老话：没有不透风的墙。

如果是这样，对于黑洞外部的观测者来说，就会看到有粒子流从黑洞中出来，因为量很少，仿佛在蒸发一般，所以也将之称为“黑洞蒸发”。想象一下，一个刚蒸好的黑面馒头，它在黑暗中蒸发着热气，这就算山寨版的黑洞蒸发了。

也就是说霍金让黑洞发光了！这个辐射虽然很微弱，但令霍金熠熠生辉，由此一举获得了当代最伟大物理学家的称号。

顺便提一句，霍金辐射还有另一种解释，就是真空中产生正反虚粒子对，一个掉进黑洞，另一个跑了出来，这也就是黑洞向外辐射了。这也是一种量子效应，与刚才那个解释是等价的，就不多说了。

3．霍金为何未获诺贝尔奖？

不过提醒大家注意，霍金辐射到目前为止只是理论推算，并没有获得观测的证实，所以诺贝尔奖无法授予他。因为诺贝尔遗嘱有规定：只奖励已经获得实验观测证实了的理论。什么意思？你说炸药遇到高温会爆炸，你给我炸一个试试，否则别想拿钱。这就是“炸药奖”的潜规则，不，是明规则。杨振宁和李政道发表一篇论文，凭什么就能获得诺贝尔奖？因为吴健雄做了一个实验，把他俩论文的结论证实了。

我觉得，霍金想获诺贝尔奖不太可能，霍金辐射很微弱，从黑洞里跑出来那点粒子早就淹没在正坠入黑洞的热气团中了，怎么可能观测得到？不过，像霍金这样级别的人，还需要用诺贝尔奖金来证明自己吗？

4．蒸发速度

霍金牛就牛在，还算出了黑洞蒸发的速度，他通过计算发现，质量越大的黑洞蒸发越慢，反之蒸发越快。一个质量像太阳那么大的黑洞，大约需要10⁶⁶年才能蒸发殆尽；但是质量和一颗小行星相当的黑洞，竟然会在0.0000000000001秒（10^-22秒）内就蒸发得干干净净！

前些年，西欧核子研究中心建成了新一代大型强子对撞机，声称要制造出一个微型黑洞。一个印度学生听到这个消息后，惊恐万分，直接就结束了自己的生命。其实没那么可怕，因为这样的微型黑洞一产生几乎立即就蒸发了。即便我们都被吸进去也没什么，黑洞里面到底怎么回事，进去了才能知道。不入黑洞，焉知洞黑？说不定里面还别有洞天，牛顿和爱因斯坦正在里面探讨白洞问题呢。

知道了霍金辐射，我们也就知道了黑洞最终的命运：一个孤立的黑洞会逐渐辐射其质量；开始很慢，随着质量减少会越来越快，最后在灭亡的瞬间发生爆炸。这样，弯曲的时空又恢复为平直的时空，牛顿又笑了。

不过，这个命运只是霍金设定的，有人还为黑洞设定了另一种命运。(www.daowen.com)

二、白洞喷发

刚才说过，黑洞这个魔怪可以从广义相对论的引力场方程中推算出来，这个潘多拉盒子还可以推算出另外一种魔怪——白洞。白洞？什么东西，不是在玩文字游戏吧。这推算出的白洞和黑洞一样，也有一个封闭的边界。但与黑洞不一样的是，黑洞边界内只进不出，而白洞边界内只出不进。

从理论计算来看，白洞周围的时空是反向弯曲的，即便是光直直地向白洞中心冲去，也会被其弯回去，可谓“白洞重地，无物可入”。

或许，各位已经接受了黑洞，但此时此刻你还能接受白洞吗？它只出不进，白花花地将它体内的各种物质向外喷发。有人肯定会追问，有天文观测证据吗？有一点儿。

天文学家在宇宙中发现了一种奇怪的星体，也就是一般恒星的个头，但它的亮度比一个星系还高几万倍；科学家暂时把它叫类星体。类星体个头这么小，亮度却如此之大，真是不可思议。于是有人就说，这就是白洞，因为小白洞可以发出这样的亮度。就这一点证据，当然不能令人信服。

有黑洞则有白洞，倒非常符合中国古代哲学的思想，阴阳对立，阴阳共生，万物负阴而抱阳。而且阴阳可以互相转化：阴极则阳生，阳极则阴生。有黑洞，当然会有白洞，一阴一阳之谓道。当然，西方科学家不是这样想的。他们之所以相信白洞，是出于对称性的思考。白洞与黑洞相辅相成、对立统一，物质坍缩成一个中心奇点与物质从一个中心奇点爆发出来，本就是相反相成的两个过程，有什么不能想象的呢？

甚至，还可以将白洞联系到宇宙大爆炸理论。大家知道，我们的宇宙是从一个鹌鹑蛋大小的奇点爆炸而诞生的，现在还在膨胀。这个爆炸是不是就可以看作白洞的喷发呢？等宇宙膨胀到一定程度，又会再次坍缩，最后变成一个黑洞，周而复始。也就是说白洞是宇宙的起点，而黑洞是宇宙的终点。一黑一白，玩转宇宙。有没有可能呢？

不过更富有想象力的理论是这样的：

黑洞只进不出，是一个“入口”，那就应该有一个只出不进的“出口”，就是所谓“白洞”，所以黑洞与白洞是成对出现的。如果真是这样，黑洞和白洞之间就应该有一个输送通道，这就是传说中的虫洞。也就是说，黑洞不断吸取的大量物质，通过虫洞运送到白洞，再将之慷慨地喷发出去。黑洞相当于一个大肆敛财的暴发户，而白洞就是挥金如土的富二代。

虫洞并不是物理学家凭空想象出来的，它和黑洞、白洞一样，也是从爱因斯坦的引力场方程中解出来的，还有一个学名，叫“爱因斯坦-罗森桥”，它就是黑洞通往白洞的桥梁。关于虫洞更多的性质，我们在讲平行宇宙时再展开。

说到这里，有人就不理解了，不是说进入黑洞中的物质最终都落入其中央的奇点了吗？为何会从奇点再传输给白洞呢？有科学家如此解释：黑洞里面的时空不只是弯曲，是已经极度扭曲，这种扭曲的力量使得黑洞内的物质不是直直地落入奇点，而是七扭八扭地从另一边喷了出来。

反正黑洞里的事儿，谁也说不清楚，他姑妄说之，我们姑妄听之。

三、广义相对论与量子力学的相遇

综上所述，科学家对于黑洞的命运给出了两种完全不同的结局：前者是霍金所认为的，黑洞也会辐射，随着黑洞辐射不断减少质量，最后爆炸而亡；后者认为，黑洞将其物质和能量通过虫洞传递给白洞，再将这些物质全部喷发，黑洞传递完自己也就消亡了。

这两个理论到底谁正确呢？两个都是从数学物理方程中推导出来的，而且都缺乏实际观测的依据。谁也没有观测到霍金辐射，谁也没见过虫洞，所以谁也说服不了谁。

到此为止，大家或许有这样一种感觉：关于黑洞内部的事，科学家有很多并存的说法，谁也不占优势。根本原因就在于，现有的物理理论无法确切研究黑洞，尤其是黑洞内部。

这话怎么讲？史瓦西就是用爱因斯坦引力场方程求解出黑洞的，不是挺好的吗？难道这个方程有问题？是这样的，这个方程很好，但用来研究黑洞，问题很大。

大家知道广义相对论是用来研究宏观天体的，它虽然预言了黑洞的存在，但用它研究黑洞就相形见绌了。因为黑洞已经把自己坍缩成了一个奇点，这就意味着黑洞内部从宏观领域转向了微观领域。而微观领域的研究需要依靠量子力学，广义相对论根本就插不上手。但是黑洞所造成的极度弯曲的空间，又在影响远距离的天体，又是一个宏观大尺度的问题，所以只用量子力学研究它也不行。

因此，必须要缔造一个结合广义相对论和量子力学的“万有”理论，才有可能真正解决黑洞问题，让黑洞内部的奥秘大白于天下。

霍金走出了第一步。他之所以能推导出黑洞存在向外辐射的现象，就是在研究黑洞时，基于广义相对论，引入了一点量子力学的元素，从而得出“霍金辐射”这个重要结论。

有人或许不解，霍金就推导出了黑洞的霍金辐射，凭什么就能跻身当代最伟大的物理学家之列呢？其实推出霍金辐射本身并不是惊天地、泣鬼神的事情，关键是在这个推导过程中，第一次将量子力学引入广义相对论，实现了两大理论的初步结合。这位在轮椅上坐了四十年的伟人，正是以此震撼了整个科学界。

不过，有人把霍金与牛顿、爱因斯坦相提并论，就未免太夸张了。如果霍金还在，能将量子力学和广义相对论完美地结合成一个体系，那么他将与牛顿、爱因斯坦并驾齐驱。不过这实在太困难，量子力学与广义相对论几乎是水火不容，牛头不对马嘴。想要实现两个理论的统一，必须要横空出世全新的思维，从更高的层面才有可能进行对接。