路很長(cháng)，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？答案是現代科學(xué)中的一個(gè)最驚人的設想：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?，F代宇宙學(xué)家已經(jīng)超越了人類(lèi)為求得一個(gè)可認識和無(wú)疑慮的宇宙圖像所編過(guò)的神話(huà)和所作過(guò)的玄想，他們有三個(gè)觀(guān)測事實(shí)，在對之作了仔細的物理解釋后，就能據以反推出宇宙的過(guò)去歷史。星系的運動(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(guān)測已經(jīng)提供了對宇宙歷史的透視，然而只有理論才能猜測宇宙的未來(lái)。由于決定大尺度物理結構的是引力，愛(ài)因斯坦廣義相對論給出了與過(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(guān)念相反，宇宙在時(shí)間上的無(wú)限并不意味著(zhù)在空間上的無(wú)限）。 宇宙中物質(zhì)的平均密度決定著(zhù)宇宙未來(lái)的命運。如果密度小于臨界值10《’克／立方厘米（相當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)論宇宙的最后命運如何（宇宙密度的實(shí)際測量值稍小于臨界值，但還不能由此得出“開(kāi)放”宇宙的結論，因為并非所有的物質(zhì)都已被觀(guān)測到），黑洞都將是其中的主角。普林斯頓高級學(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)研究了持續膨脹的宇宙的長(cháng)時(shí)期演化（見(jiàn)伊思蘭的著(zhù)作《宇宙的最終命運》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(cháng)時(shí)間的物理過(guò)程尚未開(kāi)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。星系團中星系軌道運動(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。恒星級黑洞將在10e’年里蒸發(fā)光，星系級巨型黑洞需要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(lèi)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(jiàn)第15章）。 戴森最后問(wèn)自己，面對宇宙不可避免地變得稀薄和冷卻這種不利的條件，高級文明能否通過(guò)從黑洞中提取能量來(lái)無(wú)限期地維持生存？這個(gè)設想使人回憶起一些典型的科學(xué)幻想故事，而與現代粒子物理的一個(gè)預測相抵觸，那就是，質(zhì)子并不是永存的，而是會(huì )在大約收‘年后衰變（現有實(shí)驗并未證實(shí)關(guān)于質(zhì)子壽命的這個(gè)預測）。那么，遠在黑洞開(kāi)始釋放其能量之前，所有的物理結構和生命組織就都已消亡。 現在來(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，能由此得出結論說(shuō)我們是生活在一個(gè)極其巨大的黑洞內部嗎？ 更深入地作一番考慮，就會(huì )發(fā)現有一系列的理論證據支持黑洞宇宙的假設。請讀者回想圖47這一智力杰作，即是一顆坍縮的球形恒星內部和外部的時(shí)空圖。外部是史瓦西幾何片，而內部的幾何則有賴(lài)于恒星物質(zhì)的狀態(tài)方程。廣義相對論證明，如果恒星類(lèi)似于一團壓強為零、密度均勻的球狀“云”，即類(lèi)似于充滿(mǎn)于宇宙的星系氣體，則云的內部幾何（圖中的斜線(xiàn)區）與閉合宇宙的幾何完全一致，而且內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，因為那些事件的光信號不能到達我們這里。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(guān)測部分的空間邊界）是與將來(lái)奇點(diǎn)（即大擠壓）相聯(lián)系著(zhù)，從內部看，它就像黑洞視界從外部看時(shí)規定著(zhù)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(guān)測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)隱藏在黑洞內的區域。顯然，如果這個(gè)（仍令人迷惑不解的）假設能得到證明，宇宙學(xué)將展開(kāi)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果將是黑洞內物質(zhì)完全出乎意料的行為。廣義相對論指出，恒星在史瓦西半徑以?xún)鹊囊κ湛s必定以中心奇點(diǎn)為終結。但是，廣義相對論是不完整的。由于沒(méi)有量子引力理論，我們必須承認對支配黑洞內物質(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(zhù)，黑洞內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)的強排斥作用，可能造成坍縮恒星的物質(zhì)“反彈”，類(lèi)似地，整個(gè)宇宙就在極密狀態(tài)和充滿(mǎn)史瓦西球內部的膨脹狀態(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一理論中出現，在這種理論中引力奇點(diǎn)已被消除（見(jiàn)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，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)度的猜測更像是幻想而不是真實(shí)。它們在學(xué)術(shù)機構的研究工作中并不怎么受重視，因為它們實(shí)在延伸得超出我們的實(shí)際知識太遠，而對科學(xué)的真正進(jìn)展又沒(méi)有什么幫助?；蛟S有一天我們能擁有賴(lài)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(shū)的結尾，我們學(xué)到了什么東西呢？我想是的，黑洞的出現無(wú)疑標志著(zhù)一場(chǎng)革命的開(kāi)始。這是變化著(zhù)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。作為毛里斯·梅特林克（Maur | 
