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物理学的专业词汇中，恐怕很难找出别的术语，能比“黑洞”一词更深入公众之心，黑洞又和那个轮椅上歪歪倒倒的传奇人物霍金的名字连在一起。因此，两者都广为人知。40年之前，英国物理学家史蒂文•霍金将量子论引入黑洞的经典理论【30】，提出hawking radiation的观点。而2014年1月，据说这位著名科学家在一篇文章中否定了自己对黑洞的看法，认为黑洞不存在。但是仔细研究了一下霍金的文章之后【31】，感觉霍金的原意与媒体渲染下造成的公众影响大相径庭。 量子力学和相对论是上世纪物理学的两项重大成果。100年左右的历史中，大量实验事实和天文观测资料分别在微观和宏观世界验证了这两个理论的正确性。然而，当这两个理论碰到一起的场合，却总是水火不相容，这其中的根本原因，都得归罪于“引力”（gravitation）这个桀骜不驯的家伙。从1687年牛顿发表万有引力定律，到爱因斯坦1915年的广义相对论，直到现在……。几十上百年来，一代又一代的理论物理学家们，倾注了无数心血，花费了宝贵光阴，至今仍然对它的本质知之甚少，难以驾驭。所幸的是，需要同时用到两个理论来解决引力问题的场合不多，可以说是非常之少。在研究宇宙和天体运动的大尺度范围内，广义相对论可用于解决引力问题，而在量子理论大显神通的微观世界中，引力非常微弱，大多数情况都可以对其效应不予考虑。然而，有两个例外的情况，必须既要用到量子力学，又要应用引力理论。它们之中的一个是宇宙的开始时刻，即大爆炸的起点；另一个就是黑洞。在这两种情况下，尚未被物理学家统一在一起的引力和量子，便打起架来了。霍金对黑洞问题发表的最新说法，便是为了解决理论上的矛盾而提出的一种方案。 广义相对论的核心是引力场方程。方程的一边是物质的能量动量张量，另一边则是由四维空间的曲率及其导数组成的爱因斯坦张量。著名美国物理学家约翰•惠勒曾经用一句话来概括广义相对论：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”【32】。这句话的意思就是说，时空和物质通过引力场方程联系到了一起。这种联系可以利用图1来说明。左图中，极重的天体使得周围空间弯曲而下凹，这种下凹的空间形状又影响了这个天体以及周围其它物体的运动轨迹。 还可以进一步用一个日常生活中容易理解的现象来作比喻：一个重重的铅球放在橡皮筋繃成的弹性网格上，使橡皮筋网下陷。然后，另外一些小球掉到网上，它们将自然地滚向铅球所在的位置。如何解释小球的这种运动？牛顿引力理论说：小球被铅球的引力所吸引。而广义相对论说，是因为铅球造成了它周围空间的弯曲，小球不过是按照时空的弯曲情形运动而已。 两个图则表明：天体质量越大，空间弯曲将会越厉害。大到一定的程度，蹦蹦网被撑破而形成了一个东西全往下掉再也捡不起来的“洞”，即黑洞。 在上世纪70年代以前，物理学家一直沿用黑洞的上述广义相对论模型。但是，黑洞的引力是如此之巨大，尺寸又是如此之小，对引力的量子理论跃跃欲试的理论物理学家们，自然而然地将手伸进了这个迷宫。70年代初，理论物理学家Jacob Bekenstein研究了黑洞的熵及其热力学性质；史蒂芬•霍金则提出黑洞也有辐射，即霍金辐射。 霍金认为，在黑洞的事件视界边缘，由于真空涨落，将不断发生粒子反粒子对的产生和湮灭。因为处于视界边缘，很大的可能性，这两个粒子中的一个将掉入黑洞，另一个则表现为像是黑洞的辐射。由于这种被称之为霍金辐射的现象，黑洞将不断地缓慢地损失能量。最终的结果会导致所谓的“黑洞蒸发”而消失不见。 真空涨落产生的粒子反粒子对，有点像上一节所举例子中的艾丽丝和鲍勃。只不过正反粒子对是凭空随机产生的，不像两个活人，是父母生出来的。但它（他）们符合的经典运动图像可以类比。 既然霍金开了一个头，将量子论引入了黑洞研究中，人们便蜂拥而至。然而，至今40年过去了，除了遭遇到许多困难，提出了几个悖论之外，可以说成果甚少。 首先，黑洞由星体塌缩而形成，形成后能将周围的一切物体全部吸引进去，因而黑洞中包括了大量的信息。而根据“霍金辐射”的形成机制，辐射是由于真空涨落而随机产生的，所以并不包含黑洞中任何原有的信息。但是，这种没有任何信息的辐射最后却导致了黑洞的蒸发消失，那么，黑洞原来的信息也都全部丢失了。可是量子力学认为信息不会莫名其妙地消失。这就是黑洞的信息悖论。 此外，形成“霍金辐射”产生的一对粒子是互相纠缠的。量子纠缠态是量子理论最基础的概念之一，已经被各种实验所证实。处于量子纠缠态的两个粒子，无论相隔多远，都会相互纠缠，即使现在一个粒子穿过了黑洞的事件视界，也没有理由改变它们的纠缠状态，这点显然与相对论预言的结果相矛盾。