作者：小谷太郎
出版社：北京时代华文书局
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多云的宇宙 : 物理学未解的七朵“乌云”试读：
前言
物理学和化学通常带给人的印象是冷静、理性和远离世俗的。
遵循严密的逻辑理论，追究事物原理，通过数据与计算引导出结论，即使这种结论违背常理和预期，也会被当作宇宙法则接受。科学家大多都会给人留下这样的印象。
然而，人类所研究的科学实际上并不都是如此完美的。
有时，新人的正确主张会遭到顽固权威的否定，也会出现与冷静、理性无关的相互指责。但正是这些也许谈不上理性的争论推动了科学进步，因为科学的道路上不会永远一帆风顺。
本书的主题是宇宙论和量子力学等现代物理学中存在的未解决问题，将介绍各种（有时候会）令研究者们吵得面红耳赤、拍桌怒吼的论点，并借此指出具有代表性的现代物理学问题点，以研究其根本问题为基础进行简明易懂的解说。
物理学几乎能够解释从微观粒子到宏观天体现象的所有事物构成，是一门获得过无数丰硕成果的体系。但事实上，在构成其基础的重要部分中仍存在知识空白，也有一些东西还无法整理成理论。如何填补这一空白，目前还不得而知。
·具有连光都无法逃脱的超强引力的天体——“黑洞”。这一概念最早被提出时，天文学者曾对其又怕又憎。那么黑洞在最后时刻会爆炸这一说法是不是真的呢？
·“量子力学”作为微观物体的物理学法则，它在创始期曾被指出基本原理中仍有不完善的部分，但其解决方案一直拖延至今，已经近一个世纪了。
虽然我们在日常生活中经常使用量子力学的应用产品，但其实并不清楚这些产品是如何运作的。
·宇宙空间中充满了被称作“暗物质”（Dark Matter）的不明正体的“物质”，近年来又出现了名为“暗能量”（Dark Energy）的不可知存在。现在宇宙的95%都还是一个谜。
如果这些新的成分继续被发现，“宇宙标准论”将受到质疑，那么我们是否还能将其视作是真正的标准呢？我们对宇宙的理解是否在某些地方仍有不足呢？
也许这些问题是现代物理学出现漏洞的前兆，也许有的问题只能等从头审视物理学的基础之后才能解决。
现代物理学可能有漏洞，这个想法令人振奋，并且多数研究者也认同这一观点。
各位是否也期待某一天，我们能在打破物理学基础的同时解决这些问题呢？乌云一 质子衰变论
基本粒子的“大统一理论”是极富盛名的理论，它认为质子是有寿命的，在很长时间之后将会衰变成其他粒子。
但为了观测这一衰变而建造的实验装置，在远超理论家预言的漫长时间里都没有观测到质子衰变现象（反而分析了来自超新星的中微子，从而诞生了中微子天文学这一新领域）。
那么，现在的理论是正确的吗？探寻支配基本粒子界的规则终极的基本粒子的条件
我们身边的物体、我们自己的身体、太阳和月亮等，这个世界上所有物质都是分子、原子这些微观粒子的集合体。
原子是由中心的原子核和围绕在原子核周围的电子所构成。原子核是由质子与中子的微粒融合而成。质子与中子则是由名为“夸克”的粒子构成。虽然一个接一个的物理用语可能会让人应接不暇，不过如果无视研究的顺序和年代来试着描绘微观世界的话，大致上如图1-1所示。图1-1 微观的世界
自然界中这些微观的小团体是否是无界限、无秩序的呢？是否有支配他们的统一法则呢？思考这些并对其进行分类是人类的习性。在19世纪，人类对多种元素进行了成功分类并制成了周期表。
20世纪初首先明确的是，原本被视作创造物质的基本粒子的原子，其实并不是基本粒子。
原子由原子核与电子构成，而原子核由质子与中子聚集而成。给予原子一定的撞击的话，电子会四散分离。给予原子核更强的撞击或将其放置于自然界中，发现原子核也会分崩离析。
这样一来，我们就得到了分辨什么是基本粒子的提示，即如果其分裂部分还能分解，就不是基本粒子。
无法再做任何分解的粒子就是终极的基本粒子。
而由各部分构成的复合粒子也是有大小的。由于它由多个部分构成，所以各部分之间必然有间隔，从而产生了架构，当然就不可能不可见。
如果是大小和架构都不可见，呈完全点状的粒子，那它就有可能是基本粒子。6种夸克与6种轻子
通过摧毁微观粒子，对其部分和构造进行调查得知，质子与中子属于复合粒子。质子与中子都是由3个名为“夸克”的基本粒子构成。
将电子称作基本粒子其实更为合适。
质子与中子是由“下夸克”（down quark）与“上夸克”（up quark）这两种夸克构成，除此之外，夸克还有其他种类，包括“奇异夸克”（strange quarks）、“粲夸克”（charm quark）、“底夸克”（bottom quark）、“顶夸克”（top quark）。
这6种夸克被分类为基本粒子而非复合粒子（实际上，夸克有3种不同量的“色荷”，3×6=18种，这里暂不做介绍）。
基本粒子的数量看似增多了，但我们开始探寻基本粒子的原因是期待能用少数的基本粒子来解释复合粒子。
不过与复合粒子的总数相比，6种夸克仍算少数。将6种夸克排列组合，能创造56种以上的“核子”。核子是质子与中子的总称。
事实上，如果提高粒子加速器的能量，可以创造几十、上百种核子，而这种看似混乱的状况能用6种夸克清楚地说明。
要介绍2017年以来的基本粒子（见图1-2），就必须列出部分粒子名称。由于为这些粒子命名的研究者都是凭个人喜好取名，所以先请各位稍微熟悉一下这些无秩序且陌生的粒子名称。图1-2 迄今为止发现的基本粒子（除了引力子之外）
与电子同等的基本粒子已经被发现，它们是“μ子”和“τ子”。这些粒子与电子一样带有电荷。
去除电子、μ子、τ子中的电荷后，发现它们含有中性的基本粒子，也就是“电子中微子”“μ子中微子”“τ子中微子”这三种粒子。如果将电荷所伴随的质量去掉的话，3种中微子的质量几乎为零。
3种中微子和带电荷的电子、μ子、τ子共6种被统称为“轻子”。5种媒介粒子与希格斯玻色子
夸克和轻子这些基本粒子之间有电磁力和引力的相互作用。比如，在原子核内部有极短距离运作的核力和能将电子变为电中微子的奇妙力场。
基本粒子之间存在着以这种作用力为媒介的粒子。产生力的时候，该媒介粒子也在活跃，这就是基本粒子理论的思维。比如，当电子与夸克之间有电磁力相互作用时，我们认为是电磁力的媒介粒子在电子与夸克之间来回跃动。
以电磁力为媒介的粒子是“光子”。一般对于光子的说明是光（电磁波）所放射的粒子，其实它与以电磁力为媒介的粒子是同一种粒子。光子会在放射电磁波或电磁力作用时活跃。
以引力为媒介的粒子被简明易懂地称为“引力子”。目前对它还没有进行观测性的研究，因为2015年才发现引力波。虽然大部分研究者都认为引力子是存在的，但至今还没有观测性的证据。因为尚未有证据佐证，所以并没有将其放入图1-2中。
作用于原子核内的核子之间稳定原子核的核力是以“胶子”（gluon）这一粒子作为媒介。“glu”含有“黏胶”的意思，以此将粘接核子的粒子命名为胶子。
在中微子之间作用的力还有“弱力”。弱力这一名称的含义本身就比较模糊，要问是和什么相比较弱的话，实是指与核力相比，它是较弱的力。核力也被称作“强力”。以强力为媒介的有“W粒子”和“Z粒子”这两种粒子。
以上5种媒介粒子都被视作基本粒子。
最近又有新的基本粒子被发现，它就是“希格斯玻色子”。希格斯玻色子作用于W粒子和Z粒子，并给予它们质量。基本粒子的大统一理论
这些就是如今（除引力子之外）已经通过实验确认的基本粒子，也就是目前已发现的基本粒子：6种夸克、6种轻子，以它们之间的力为媒介的5种粒子，带来质量的希格斯玻色子，以上粒子构成了图1-2（深入说明的话，这些粒子几乎都存在反粒子，不过这里并没有写入图中）。
解释这些基本粒子之间运作的力和通过基本粒子的结合能构成怎样的复合粒子的理论现在已经基本成型，也就是基本粒子的“大统一理论”。
大统一理论认为，构成原子核的质子与中子具有平均寿命，会在一定时间后衰变。神冈探测器的忧郁获得诺贝尔奖的可爱的“神冈探测器”
基本粒子是难以用大小来描述的极微小粒子，但人类为了发现和寻找它们，建造了无数个巨大的实验装置。位于法国与瑞士国境线上的世界最大粒子加速器LHC的周长达27千米。
与这个世界巨人相比，位于崎阜县神冈矿山地下的“神冈探测器”的规模可以称得上是小得可爱了。其本体是直径15.6米，高16米的容器，能装3000吨水。
但这个可爱的神冈探测器及其扩大版——“超级神冈探测器”在2017年获得了两个诺贝尔物理学奖，是非常先进的基本粒子实验装置（超级神冈探测器的储水器容量为5万吨，更为大型）。
神冈探测器以独特的手段探索基本粒子的物理领域，共有1000个光检测器在静静地等待着存放在黑暗地下的水发光的那一刻。
水是氧气和氢气的化合物。一个水分子由一个氧原子和两个氢原子构成，而原子是由质子、电子和中子这些粒子汇集而成。因此，3000吨水约含1033个质子、电子和中子。这是极其庞大的数字了。
如此庞大数字的粒子之中，如果有某一个发生了某种变异的话，由于基本粒子的变异大多都是会发射出光，所以1000个光检测器就能感知它所放出的光。通过检测器给出的信号，我们能了解该粒子的种类、能量和速度，从而（在一定概率上）得知这究竟是人类已经了解的基本粒子反应，还是第一次发现的特殊反应。
这个利用储水器与光检测器的简单装置就是可爱的神冈探测器（以及超级神冈探测器）。能估算质子寿命的装置3034
大统一理论预言，质子和中子等核子的寿命约为10年到10年，之后将会衰变，转变为电子或“π粒子”等。
这种衰变反应极其罕见，我们在日常情况下不会注意到，也是至今任何基本粒子实验和辐射线测定中都没有检测到的罕见现象。若非如此的话，由质子和中子构成的我们的身体，恐怕早就因发出辐射线而毁灭了。34
如果质子的寿命是10年，那么要观测一个核子直至它衰变，也34必须得花费10年。地球自诞生以来共46亿年，宇宙从开始到现在据说也只有138亿年，质子的寿命显然要长得多。简单来说，就是质子的年龄是宇宙年龄一万亿倍的万亿倍。即使我们从宇宙诞生时就观测质子，也无法知道它是否会衰变。33
但如果同时观测10个质子的话，情况就不一样了。只要保持观测这个数字1年，那么，有1个以上质子出现衰变的概率为10%，5年30就是50%。如果质子的寿命是10年，那么只要持续观测1年就有95%的概率能看到质子的衰变。
换句话说，只要准备数量足够庞大的核子就能观测到极其罕见的核子衰变现象。
神冈探测器（KamiokaNDE）名称中的“NDE”的意思就是“核子衰变实验”（Nucleon Decay Experiment）。严密监测3000吨水
由于神冈探测器会受到来自宇宙的粒子——“宇宙射线”的影响，所以利用神冈矿山的废矿井，在地下1千米处建造了储水器。储水器的内壁安装了约1000个由滨松光子学股份公司制造的光学传感器，里面装满了纯水。
神冈探测器从1986年开始运作，自那以后人们一直严密监视着水的光反应（实际上该实验于1983年就已经开始，但装置升级的神冈探测器是1986年才开始运作）。
在没有光线的地下1千米的矿井中，虽然人的眼睛所看到的是一片漆黑，但敏锐的光学传感器能准确捕捉到光子并发出信号。只不过大多数都是被称作噪音的无意义信号。
去除噪音后，还是有部分粒子在通过储水器时发生了反应。这些高能量的粒子约以每2秒1次的频率通过储水器，在光传感器上留下了痕迹。如果这些都是质子衰变所产生的粒子反应的话，确实会令人振奋，但遗憾的是全都与质子衰变无关。
这些高能量粒子大多是μ子和地下放射性物质所产生的辐射线。
从宇宙而来的“宇宙射线”与地球大气发生碰撞后产生μ子，然后如同暴雨一般降落地表，我们日日夜夜都沐浴其中。虽然落到地下1千米的μ子较少，但每两秒也有1个左右被神冈探测器捕捉到。
除了μ子和辐射线的信号之外，中微子与储水器内的电子或核子发生反应后也会留下信号。中微子质量接近零，无电荷，反应性低，是很容易穿过地球的粒子。每1秒有约1万亿个中微子穿透我们的身体。
中微子的来源多种多样，有从太阳内部生成后飞向地球的，也有从附近的原子反应堆产生后到达神冈矿山的，也有宇宙射线与地球大气发生反应后产生的，还有从宇宙某处超新星爆发中生成的，等等。30
穿过神冈探测器和我们身体的中微子数量极其庞大，但与10个核子中的某个发生反应并被检测到的数量则极其稀少，每一两天只有1个左右。
根据神冈探测器的测定显示，从太阳飞到地球的中微子只有我们所预想的太阳核融合反应量的三分之一左右。这意味着什么呢？（后文将会介绍，这是名为“中微子振荡”的新物理现象的表现。）也许大统一理论是错误的
中微子的反应暂且不提，神冈探测器其本来目的是探测质子的衰变。
去除噪音，不管μ子的反应，再去掉中微子反应，剩下的就应该是质子衰变反应了。
但与大统一理论的预测相反，人们并没有检测到这种反应。
虽然偶尔能发现难以判断究竟是质子衰变还是中微子反应等已知反应的信号，但即使将其视作质子衰变，也不满足理论的预想值。
学会和研究会经常提交各种报告称，检测出了有可能解释为质子衰变的信号，但事实上并没有发现能切实判定为质子衰变的信号。每次神冈探测器的新结果投放到大屏幕上后人们就发现，这次还是遗憾的结果，于是整个会场都充满了消极的氛围。［说个小插曲。当时还没有微软公司的幻灯片软件（PowerPoint），学会发表演示所使用的是被称作“透明板”（transparent sheet）的透明薄板，利用“高射投影仪”这一装置在屏幕上投影。透明板大多是手写的，有些制作者的字迹很难辨认。］
1986年，检测装置升级后改名为神冈探测器二代，（相关人士表示）检测效率提高，所得结果的精确度也上升了，但依旧没有检测出质子衰变。
不仅没能检测出质子衰变，原本应该检测到的太阳中微子也很稀少，这与世界上其他的中微子实验一样。
这个装置是正确的吗？是否哪处线路出了问题？是否解析程序隐藏着漏洞（BUG）？
如果装置存在设计缺陷的话，自然要承担起浪费相应科研经费的责任（虽然神冈探测器的建造费用与其他巨大装置相比要少得多）。
但工作团队对装置及其运算进行了反复检查后并没有发现问题。
既然装置没错，那么错的难道是大统一理论本身吗？难道质子的3034寿命长于10到10年吗？
假设质子的寿命比我们预想的更长，假如超出了大统一理论，要问会有谁为此头疼的话，答案是没有人会为此头疼。因为基本粒子的研究者或理论家可以对理论进行修正，解释质子的超长寿命。
如果可以证明理论是错误的，也就意味着这方面的实验获得了成功。对于被称作是实验家的研究者而言，颠覆理论的实验比证明理论正确的实验更有趣。
就这样，神冈探测器在全世界研究者的关注中继续运作，缓缓地延长着质子的寿命。
这时，却从宇宙传来了证明神冈探测器数据是正确的信号。超新星1987A神冈探测器的数据震惊世界
距今16万年以前，属于大麦哲伦云的一颗与等星发生了超新星爆炸。
所谓超新星爆炸，是指质量较大的恒星在寿命将尽时所发生的宇宙最大规模爆炸，其亮度是太阳的100亿倍。也可以将这种现象略称为“超新星”。
超新星爆炸是恒星的终结，同时也意味着中子星这一特殊星体的诞生。
在核融合反应的光芒中，质量较大的恒星会以不产生核融合反应的铁元素为中心聚集，当铁块超越一定界限的量之后，就会瞬间崩溃变为超高密度物质。当恒星中心部位的铁块变成超高密度物质时，其冲击会让恒星的外层爆发性地飞向宇宙空间，这就是（引力崩溃型）超新星爆炸的机制。
爆炸后留下了高密度物质。这种质量比太阳更大，半径却仅有10千米左右的超高密度物质被称作中子星（中子星进一步坍缩则可能变成黑洞）。
16万年以前的超新星爆炸产生了大量的光和热，同时也辐射出了中微子，因为铁块崩溃并变为超高密度物质时的反应会产生中微子。
光和中微子以（接近）光速在宇宙空间散开，经过16万年才到达地球。
光之中极小的比例偶尔会出现在观测大麦哲伦云的望远镜中，让焦点面的胶卷感光，或者进入监视目镜的人类眼中，刺激人的视觉细胞，从而发现大麦哲伦云的异变。1987年2月23日（协调世界时）就是载入科学史的一页。
大麦哲伦云在16万年前的超新星爆炸很快就广为人知（也就是被称作天文学家或天文爱好者的人群），并被命名为“超新星1987A”。
从浩瀚的宇宙尺度来看，距离16万光年的大麦哲伦云其实离我们很近，在宇宙中最多算是后院罢了。在这个后院发生超新星爆炸则是每50年到100年发生一次的罕见情况——对于天文学家来说，一生能遇见一次实属幸运。
而这100年，是观测装置日益进步的100年。巨大的光学望远镜、电子望远镜、搭载在人工卫星上的X射线望远镜等最新观测装置都在等待着百年一遇的机会。所有观测装置都指向超新星1987A，开始贪婪地读取数据。（但大麦哲伦云位于南半球星空，许多北半球的天文台难以观测。）
在这些观测装置中，最独树一帜的就是位于地下1千米的神冈探测器。调取它2月23日7点35分35秒起的13秒内的记录发现，有11到12个中微子从大麦哲伦云飞来并在储水器中发生了反应。
这是震惊全世界的巨大发现。中微子天文学的诞生
无论是远端还是近邻，至今为止对超新星观测都是利用可视辐射和电波等电磁波。不仅限于超新星，几乎所有的天体现象都是利用电磁波来进行研究。因此利用中微子这种与电磁波截然不同的基本粒子来捕捉超新星爆炸，这件事本身就足以令人震惊。
神冈探测器发现（16万年前）超新星爆炸发生于1987年2月23日7点35分35秒，这是可视辐射等类型的望远镜不可能得到的情报。射电望远镜只能观测到超新星爆炸的外层，但中微子确实从更深处的爆炸核心的超高密度物质中辐射出来的。通过观测中微子就能了解电磁波所难以企及的爆炸中心，这又是令人震惊的第二点。
监测到中微子证明了（引力崩溃型）超新星爆炸确实是源于中子星的形成。虽然中子星的形成引起超新星爆炸在理论上一直被认为是正确的，但难以从观测中证明，而超新星1987A则证明了该理论机制是不容异议的。
这也可以称之为中微子天文学的开端，神冈探测器就是中微子望远镜。被巧妙更改的“ND”的意义
检测出来自超新星1987A的中微子后，神冈探测器不再拘泥于预算，开始了后继机器的建造。储水器容量增至5万吨，光学传感器也增加至1.3万个，并于1996年开始运作。
超级神冈探测器（Super-Kamiokande）中“ND”的意思已做了少许改动，变为“核子衰变实验”（Nucleon Decay Experiment）的缩写，且附加了“中微子检测装置”（Neutrino Detection Experiment）的意思。这一更改确实非常巧妙。
神冈探测器制作者和超级神冈探测器观测者都获得了诺贝尔奖，可谓是高性能的诺贝尔奖生产装置。来自超新星1987A的中微子让制作神冈探测器的东京大学名誉教授小柴昌俊（1926—）获得了2002年的诺贝尔物理学奖，当时他与另一位中微子检测器的开发者雷蒙德·戴维斯（1914—2005）共同获奖。
超级神冈探测器则由于捕捉到了中微子震荡这一现象，东京大学教授梶田隆章（1959—）凭借此成果获得诺贝尔物理学家。中微子震荡
中微子包括电子中微子、μ子中微子、τ子中微子这三种。
太阳的核融合反应，或者宇宙射线与大气之间的反应，或者原子反应堆的核反应均会形成近乎光速飞散的电中微子。这种电子中微子在飞散的过程中会形成μ子中微子，还有极少比例会变成τ子中微子。
这就是名为“中微子震荡”的现象，也是中微子具有质量的证据。只有中微子的质量不为零时，才会发生中微子震荡。
电子中微子和μ子中微子中有一部分会被神冈探测器这类的检测装置检测出来。电子中微子在飞散的过程中变为μ子中微子后就很难被检测装置捕捉，因此被检测出的数量骤减。
这一现象在超新星1987A之前就已经广为人知，但究竟是中微子震荡所造成的，还是别的什么物理现象，或者是神冈探测器的检测能力有问题，其原因众说纷纭。
自从成功检测出来自超新星1987A的中微子之后，显然排除了检测装置的问题，原因就得从中微子方面去寻找了。
随后，超级神冈探测器证明了正确的原因是中微子震荡说，这也是梶田教授获得诺贝尔奖的理由。质子衰变是如何形成的？
对中微子的研究连续让两人获得了诺贝尔奖，很容易让人误以为神冈探测器和超级神冈探测器是为了检测中微子而制造的。实际上，它最初的目的是用于研究质子衰变是如何形成的。3034
最初的大统一理论认为质子寿命为10到10年，且质子没有质量。但现在我们已经知道，这种设想是错误的。
超级神冈探测器凭借其高性能测定了质子寿命，得到的数值是高34于10年。
这并不能说大统一理论本身是错的。在大统一理论中补充“超对称性”，加入“希格斯机制”，进行一系列修正后，依然可以沿用其理论（限于篇幅，本书对此不进行详细介绍）。
修正之后的大统一理论所得出的新预测给质子的寿命增加了位数，不使用超级神冈探测器之后的超高级神冈探测器的话，很难进行验证。换言之，短时间内我们将无法否定或证明大统一理论。
基本粒子物理学就是这种人们各执一词，既自圆其说又复杂的理论。乌云二 黑洞大爆炸
黑洞这种奇妙的“存在”被认为是凭借强大的引力吸入一切的宇宙洞穴。
黑洞来源于阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955）的相对论，但由于过于奇妙，一开始被当作不切实际的空谈。
剑桥大学教授斯蒂芬·霍金（1942—2018）针对黑洞提出了爆炸性的新说法，即本应该能吸入一切的黑洞会逐渐压缩，最后发生爆炸。
这是真的吗？研究者就像发现蜜糖的蚂蚁一样围绕着新学说展开了激烈的讨论，并发现了深刻的问题。如果黑洞会爆炸，那么黑洞内信息丢失的同时，熵也会消失。
熵是什么？为什么它的消失会带来麻烦？黑洞最终真的会爆炸吗？发现奇妙的天体开端是相对论
爱因斯坦在各领域都名留青史，但最有名的还是相对论。他于1905年发表了狭义相对论，又在10年后发表了广义相对论，两者被合称为相对论，也就是现在最正确地记述时间、空间与引力的物理学理论（不过，判定它不够全面也是本书的主题之一。）
相对论本身就是奇妙的理论，它所述的黑洞则是其中最不可思议的东西。相对论很快就被人接受了，但相对论所预言的黑洞被研究者们厌恶和否定，直到有相关证据之后才勉为其难地认可了它。
爱因斯坦认为，我们生活中的时间与空间（合称为“时空”）是时而伸展、时而收缩，具有延展性的东西。
也许你会认为具有延展性的时间与空间前所未见，但时空的伸缩其实很简单，只要有质量，它就能扭曲周围的时间，拉伸空间。
比如，地球就是一个巨大的质量。时空的伸缩虽然很难用画来表现，但一定要表现出来的话则如图2-1所示。由于质量附近的时间会缓慢加速，如果在地球表面放置计时器的话，经过计算会发现，与质量的影响为零的情况相比加速了一亿分之八左右。放在不受地球影响的远处的计时器前进一秒，放在地球表面的计时器则前进一秒加一亿分之八秒左右。图2-1 引力的本质是时空的伸缩
并且由于地球周围的空间也会延伸，因此如果牵一根长长的渔线从月球轨道到地球表面的话，除了月球与地球之间本身的长度之外，还需要额外增加约20厘米的渔线。
如果有物体横穿过具有伸缩性的时空，那么原本笔直的轨道会出现歪斜。月球是以弯曲的轨道绕着地球飞行，苹果或球体的轨道也是以抛物线落向地面。这就是所谓的引力，也是爱因斯坦的主张。
换句话说，物体受引力吸引就是在质量的影响下，处于伸缩时空中的物体的前进道路出现了扭曲。
相对论被用于计算太阳附近的水星轨道等，并验证了其正确性。类似太阳附近那样引力极强的地方，牛顿的万有引力法则不再有效，需要应用相对论。相对论是正确记述宇宙的理论。能计算引力的史瓦西解
相对论是要运用高等数学的难解理论，但一经发表后立刻让全世界的智者都为之疯狂。
其中之一就是德国天文学家卡尔·史瓦西（1873—1916），他发现了满足相对论方程式的一个解法。
被称作史瓦西解是表示具有质量的“质点”对其周围的空间制造引力的方程式。在广阔的宇宙中，地球和太阳也不过是渺小的点状存在，所以史瓦西解对于计算地球和太阳所产生的引力大有帮助（前文中提及的地球表面计时器和从月球到地球的渔线长度都是利用了史瓦西解来计算的）。
爱因斯坦的广义相对论发表时正处于第一次世界大战时期。
当时，史瓦西作为军官奔赴俄罗斯战场，在战场上想出了史瓦西解并写信告诉爱因斯坦。但不久，史瓦西因皮肤病恶化而去世。
史瓦西所留下的解法很久以后也被称之为黑洞。
如果史瓦西能活得更久一点的话，毫无疑问会对黑洞研究做出不凡的贡献，他也是被战争所摧毁的珍贵天才之一。无黑洞论
史瓦西解和研究质点自转的“克尔解”等相对论，是阐述引力场中心及质点周围的时空极度扭曲的解法。
处于极度扭曲时空中的物体的动态，只能用不可思议来形容。坠落运动的物体越是接近质点，通过时间越是扭曲，并且空间延伸。因此，当物体落到距离质点的某个位置时，坠落将会停止。
也许你会认为“怎么可能”？而当时的研究者在听闻这一结论时的反应也和你一样。
坠落停止的位置被称为“史瓦西半径”或“现象的地平线”，它能产生各种超出常识的状况。
比如位于史瓦西半径时，“逃逸速度”会达到光速。
所谓逃逸速度，是指以该速度抛出球体后摆脱引力飞向无限远方的速度。根据投球的具体情况能测出该场所的引力。
地球表面的逃逸速度约为11千米/秒，低于该速度的球体很快会因为地球引力落回地面，而超过11千米/秒的话，球体将飞离地球。
当位于史瓦西半径内侧时，逃逸速度将超过光速。由于超光速的物体不存在于这个世界，所以无论以多大的力道在史瓦西半径内侧投球，最终都只会划出一道弧线飞向质点附近。由于光也会被折返，所以从外观测的话，质点就是半径等于史瓦西半径的漆黑圆球（至少当时是如此认为）。
看不见的黑洞如图2-2所示。图2-2 光无法从黑洞逃逸
观测地球和太阳附近并不会发现物体停止落下或光折返的异常现象，因为地球或太阳比出现奇怪现象的史瓦西半径大得多。
经计算，地球的史瓦西半径约为9毫米，所以假如地球质量不变，半径缩小为9毫米的话，落向这个迷你地球的物体将会中途停止，半径约9毫米的地球表面则是一片漆黑。假如是太阳的话，缩小至3千米左右也能有同样效果。
这种被压缩到史瓦西半径以下的漆黑物体后来被命名为“黑洞”。
当时的人们仰望夜空时，大概不认为宇宙中由普通物质构成的物体和天体能压缩成黑洞吧。他们应该觉得停止坠落，逃逸速度超光速的天体不过是纸上谈兵，并不存在于现实中。19岁青年的怪异“星溃说”
1930年，就在全世界的研究者为这种不可能而感到安心的时候，在一艘从印度往英国航行的船上，一位19岁的青年正埋头书写着某个数式。这个数式将会震撼天文学界的“大佬”，并让世人承认黑洞的存在。这位青年名叫苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（1910—1995），当时正前往英国留学。
钱德拉塞卡一直在研究名为“白矮星”的星球内部。白矮星的质量与太阳差不多，但只有地球大小，是个高密度天体（但未达到黑洞那种程度的高密度）。白矮星是当时已知的引力最强的压缩物体。
只要是物质，无论是空气、水、铁，还是白矮星内部的物质，都会随着压缩产生反压力。稍加压缩后在较大压力下产生的物质较为坚硬，但随着进一步压缩，则会变为压力不变的软性物质。
钱德拉塞卡运用了几年前刚诞生的最新物理学理论——量子力学来计算该压力，所得出的结果震惊学界。
如果白矮星的质量较大，强大的引力将压缩它，而白矮星物质被压缩的结果就是反而会变成柔软的物质。
要理解这一机制需要了解量子力学和相对论，不过这里仅做简单介绍。
物质被压缩时，构成物质的粒子将被挤压到一个狭窄的空间中。白矮星物质的问题在于构成的粒子是电子。根据量子力学可知，当电子被压缩于狭窄空间时，电子能量将逐渐增强。
像白矮星物质这种极高密度的物质，电子能量一旦过高，运动速度就会接近光速。这样一来，白矮星物质就像充满了近光速粒子的气体一样，而这种由近光速的粒子构成的气体即使受到压缩，压力也不会有太大变化。换言之，它是超出一般的柔软物质。
如果钱德拉塞卡的计算正确的话，当白矮星变成这样时，将失去反压力，难以抵抗自身引力，从而崩溃。
得出这一结论时，钱德拉塞卡在船舱里该有多兴奋啊！这是能解明宇宙本质的结论。
只有质量大于某界限值的白矮星才有可能出现这种局面，而宇宙中存在无数质量比这轻的白矮星。根据计算，这些星体能存续的界限值就是“钱德拉塞卡界限”，它约为太阳质量的1.44倍（图2-3）。图2-3 钱德拉塞卡界限质量
钱德拉塞卡理论也适用于白矮星以外的星球内部。无论是普通的恒星还是《乌云一》中出现的更高密度“中子星”，其质量都有界限。突破界限的星体在耗尽燃料后将因难以存续而崩溃。恰如其名的“黑洞”
钱德拉塞卡的星溃说引起了研究者们的剧烈反对。人们认为星体崩溃变为点状物的说法太过异常和不自然了。天体物理学的权威从公式的角度对钱德拉塞卡表示了反对，而人们也认为既然伟大的学者都出面反对，钱德拉塞卡的说法自然是错误的了。
遭到前辈、宗师和元老们反对的钱德拉塞卡暂时放弃了对白矮星的研究（幸运的是，他并未放弃对宇宙物理的研究）。
然而，这之后，钱德拉塞卡的理论并没有被证明有误。不过，认为星体在崩溃之前一定会有某种自然的机制使其免于崩溃命运的反对者们无法找出这种机制。
无论怎么计算，由于自身引力而崩溃的星体都会缩小成点状，这一质点就是史瓦西解和克尔解中所述的不可思议的存在。最后的结论是，宇宙中四处漂浮着这些天体形成的漆黑洞穴。研究者中也开始有人转变想法，认同这种不可思议洞穴存在的人日益增多。
其中一人就是广义相对论的权威——约翰·阿奇博尔德·惠勒（1911—2008）。他在1967年的演讲中使用了“黑洞”这一名词。虽然有人指出惠勒并不是第一个使用该称呼的人，但这次演讲无疑让“黑洞”很快成为了令全世界人关注的话题。印证其存在的天体被接二连三地发现
随后，证明黑洞存在的证据开始不断地被发现。
1960年发现的“白鸟座X-1”天体拥有太阳10倍以上的质量，体积却极小。
还有“类星体”和“射电星系”等天体能持续辐射电波和可见光，其能量的源头被认为只能是能吞噬气体的黑洞。
位于我们所生存的银河系中心的“人马座A*”，其质量是太阳的400万倍，但用望远镜观察时却好像什么都没有。这也可以说是“看到了黑洞”。
2015年又发现了最新的决定性证据。激光干涉引力波天文台（LIGO）捕捉到了黑洞之间的碰撞与融合所产生的引力波。这一成果不仅解决了100年来的引力波检测难题，同时也确定了黑洞的存在。因此，举世震惊。
如今，几乎已经没有研究者对黑洞的存在存疑了。钱德拉塞卡的结论作为理论物理学的漂亮成果，已写入了教科书中。熵与霍金辐射据说黑洞具有熵？
回到20世纪70年代，当时越来越多的人认为黑洞有可能存在，其相关理论研究也日趋热烈。虽然难以在实验室中调查黑洞，但可以像钱德拉塞卡那样借助纯粹的理论，用笔计算其本质。
1972年，美国普林斯顿大学的研究生雅各布·戴维·贝肯斯坦（1947—2015）在消耗了大量纸笔后发表了黑洞具有“熵”的珍贵博[1]士论文。
即使对于认同黑洞这一奇妙存在的研究者来说，贝肯斯坦的主张也太超出常识了。
顺带一提，贝肯斯坦的指导教授正是将“黑洞”变为流行语的惠勒。熵是指“难以掌握的信息量”
那么“熵”究竟是什么呢？各位也许会产生疑问。这里将尝试说明，但内容可能会偏离宇宙和黑洞，需要花些页面。如果你觉得难以理解，可以直接跳过。
难解且抽象的物理学用语比比皆是，但如果要投票什么是最难解释的单词，熵一定独占鳌头。熵在（与黑洞无关的）热力学、统计力学、量子力学、信息理论等各种物理学领域都有出现，并担任了不同的职责。它在每个领域的定义都有微妙的不同，如果不以“熵”这个同样的名字来称呼它的话，我们可能很难注意到它是同一个物理量。
这种难以解释的状况也说明人类并未真正了解熵这个物理量。
熵这种物理量被解释为“难以掌握的知识和信息量（的对数）”。这究竟是什么意思呢？
以往箱子里放硬币为例。我们看不到箱子里面的情况，所以对于外部的观察者而言，里面硬币的状态究竟是“正面还是背面”就属于难以掌握的知识和信息。由于箱子里的知识和信息是隐藏的，所以具有熵。
要将这些知识和信息从物理学的角度来看待，就必须修正数值。箱子里的硬币的状态只会是正面或背面二选一，该信息量则为2（的对数）。使用对数会让各种计算更为简单，不过本书基本不涉及计算，所以只需要稍微了解对数，不必过于纠结细节。总之这个箱子具有2（的对数）这个量的熵。放入10种气体分子的箱子的状态如何？
以箱子里的硬币为例虽然便于说明，但不太像物理学问题。因此接下来再以往1立方米的箱子里放入10种气体举例。更为物理学的说法是10种粒子的系。物理学中出现的“系”，我们将其视作多种物体的集合体即可。
硬币只可能有正反两种状态，但充满箱子的粒子的状态又如何呢？我们该如何对其计数呢？
为了弄清状态的数量，我们试着为箱子里的粒子拍摄照片。当然所用的并不会是普通相机，而是假设能记录所有粒子的位置与速度的相机。用这种超级相机拍摄箱子内部就能捕捉到四处飞散的粒子图像。
连续拍摄两张后，得到了粒子位置与速度不同的照片。这两张照片反应了不同的状态。如果拍摄几百或几千张次，就能得到几百或几千张不同的照片。
不，实际上状态远比几千张更多。究竟有多少呢？如果能弄清这一点，就能得到10种粒子的熵。
在箱子中放入10种粒子，其状态数量（在室温下）恐怕能达到30010个。以普通数字来表示的话，像1000000……这样，在1的后面需要300个零。300
10是极其庞大的数字。即使超级相机每一秒拍摄一次，从宇17300宙初始至今也只能拍摄10张照片，远远达不到10。即使将整个宇宙可观测的范围都放入这个箱子里，并且从宇宙初始开始拍照，总量100也不过10张。300
10就是如此庞大的数字。而仅仅放10个粒子进箱子，箱内的300熵就能达到10（的对数）这么庞大的量（图2-4）。图2-4 放入气体分子的箱中的熵状态的数量在理论上不可能是无限的300
假设花费比宇宙年龄还长的视角，用超级相机拍摄10张超庞大数量的照片，就能记录箱中粒子的所有状态。那么，在此之上再拍一张的话，会得到怎样的照片呢？300
新照片显然会与之前所记录的10张照片中的某一张几乎没有区别。
基于无法同时精确测定粒子的位置与速度的原理，超级相机所拍摄的照片也不可能无限精确，粒子的图像有时可能会有少许模糊。而这种模糊可能会导致某张照片上10种粒子的位置与速度与另一张照片难以区别。而能区别的照片不可能是无限张，所以最后能拍摄的不300过10张。这种模糊的大小被称作“普朗克常数”。
对粒子的位置与速度的测定精确度不能超过普朗克常数，这一原理就是“不确定性原理”，是量子力学的基本原理。［借用量子力学教科书中的介绍，就是“粒子位置的不确定性与（非速度的）运动量-34的不确定性之积，不可能小于普朗克常数（6.6×10焦耳·秒）”。］
这一原理并非是由于测定装置的性能不足，而是由于微观粒子的本性。宇宙中任何一种测定装置都无法改变这一原理，因为世界就是由此构成。
话题似乎扯远了。那么暂时将以上的内容总结如下。
·熵是难以掌握的知识与信息量（的对数）。
·当无法得知系的状态是多种状态中的哪一种时，该系的熵就是一切状态的数量（的对数）。
·由微观粒子构成的系的状态数量不可能是无限的。根据量子力学的原理，（可区别的）状态数量是一定的。熵会根据温度产生变化
系的状态的数量，也就是系的熵还有一种性质，即熵会根据温度产生变化。降低放入粒子的箱子温度，粒子将失去热能，飞散速度减缓。如果温度持续降低，最终粒子将会静止。物体失去热能后静止的温度被称作绝对零度。在绝对零度下，粒子将沉入箱底，彼此紧密接触。粒子彼此紧密接触的状态就是结晶。
换句话说，一旦到达绝对零度，那么即使不看箱子内的情况，也知道箱中的粒子不再活动，变成了晶体（这里暂时不考虑结晶位于箱子哪处以及结晶的面向等）。由于箱子内的状态只可能是晶体这一种选项，所以绝对零度下熵为1（的对数为0）。
以上介绍虽然不能完全解释熵与温度之间的关系，但至少说明了它们之间是有关系的。（在正常的系中）温度降低，熵会变小，在绝对零度下熵为1（的对数为0）。并不是真正的黑色宇宙洞穴
接下来回到黑洞的话题。
当时不少研究者认为能吸入一切的黑洞中具有熵是种异想天开的想法。霍金教授最初也是这么认为的，于是想到贝肯斯坦的理论。“如果黑洞具有熵的话，那么就会有温度，也应该有对应温度的辐射。”他怀着这种想法开始了计算，并很快得到了令他兴奋的计算结果。用量子力学来计算黑洞的时空后发现会有极其微弱的辐射从其中漏出。书和你的身体都会辐射电磁波
那么，温度和辐射究竟是怎样的关系呢？为什么黑洞具有温度就会发生辐射呢？接下来就是介绍与熵、温度、辐射有关的内容。
烟或白炽灯都在不断变成过去的遗物。温度达800℃的烟火，发出的是橙色的光；温度达2000℃～3000℃度的灯丝，发出的是黄色的光；温度高达6000℃的太阳，发出的是令人无法直视的炫目白热光。
像这样，（不透明的）物体会根据温度放出可见光等电磁波。温度越高，辐射越强，其平均波长则变短。这种辐射被称为“黑体辐射”，不会受物体的材质和形状影响，强度和平均波长（颜色）仅由温度决定。无论是烟叶、钨丝还是氢气，只要处于同一温度都会出现同样的黑体辐射。这是物理法则，世界由此构成。
也许你会问，那么书、衣服、手和脚或身边的物体是否也会只由温度来决定辐射呢？答案是会进行黑体辐射。不过在室温时，黑体辐射的平均波长为红外线，所以人的眼睛是感知不到的。人的眼睛能看到的书、衣服或手脚的颜色是由于外界光的反射，并非黑体辐射。要观察书、衣服或手脚的黑体辐射，必须进入无照明的黑暗房间，利用红外线相机进行拍摄。
温度与黑体辐射之间有密不可分的关系。有温度的物体会出现黑体辐射，通过黑体辐射也能了解物体温度。改变了黑洞概念的“霍金辐射”
霍金教授认为，黑洞只要具有温度，就会和通常物体一样出现黑体辐射，并在对黑洞的黑体辐射推测上获得了理论上的成功。
辐射就是《乌云一》中提到的光子这一微粒子被放出无数个的现象。无数光子的飞舞在量子力学中被称作“量子场”或“量子力学”。
根据场的量子论，粒子的数量不是一定的。也许有粒子从其周边空间产生，也有可能消亡。有时我们不能确定某个状态下的粒子究竟有多少。粒子其实是在不断诞生和消亡的，所以量子力学是必需的知识。
霍金教授试着将场的量子论代入黑洞扭曲时空，研究光子等粒子是否从史瓦西半径生成并飞散。而这种量子力学的辐射与假设黑洞具有温度时的黑体辐射一致。
这一结论颠覆了连光线都能吸收的漆黑的黑洞原有的概念，被称作“霍金辐射”。黑洞与宇宙的寿命结局是大爆炸
霍金教授的大胆推论还在继续。黑洞会有辐射已经令人意外了，但霍金辐射的结论还不止于此。
他认为黑洞的最终结局是爆炸。
黑洞具有温度，会出现黑体辐射。质量越小的黑洞，这种温度越高，史瓦西半径越小，霍金辐射的平均波长越短，所以黑体辐射的平均波长越短，物体温度越高。
假如黑洞的质量小，其温度高，黑体辐射将变强。黑体辐射让光子从黑洞中飞散出来，而这至少能让黑洞减少微量的质量，也因此会提高微小的温度，使黑体辐射变强。像这样，质量较小的黑洞会越来越小，辐射越来越强。
经过漫长的时间之后，黑洞会缩小到显微镜大小，辐射变得极强，最终爆炸性地放出光子，黑洞也随之蒸发。
从贝肯斯坦的黑洞具有熵的理论出发，推出黑洞的霍金辐射，最后得到黑洞最终会爆炸的结论。具体可参照图2-5。图2-5 霍金辐射引发了理论物理学业界的大爆炸[2]
霍金教授发表《黑洞爆炸？》的这一标题极具冲击力的科学论文后，引起了（并不仅限于标题的）巨大反响。
黑洞本身就是极其超出常识的奇妙概念，研究者也是在多年之后才承认它是确实存在的。而如今有人提出，这个漆黑的黑洞会产生辐射，并且辐射会让温度持续上升。
实际上，辐射会导致温度上升这一性质对于物体来说是异常的。
烟或白炽灯的钨丝、书本、衣服、手脚等普通物体会因辐射丧失热能，于是（如果没有其他热能补充的话）温度会降低。温度降低后变成与周围同温，然后停止温度变化，稳定下来。
但如果霍金教授的观点是正确的话，黑洞越是丧失能量，温度越高；随着时间的推移将不再与周围的温度相同，因此不再稳定。宇宙中真的允许这种异常存在吗？（如果这种存在是不被允许的，那么最终会爆炸也是顺理成章的了。）
这种令人惊讶的结论是将量子力学适用于广义相对论后得出的。
将作为微观世界物理法则的量子力学与宇宙最通行的广义相对论进行统合的新理论暂时还未出现。但并非是无处着手，如今已经有了不少尝试性的好想法。
霍金辐射明确了广义相对论中记述的黑洞在量子力学上的性质。这虽然还不能称作是量子力学与相对论的统合，但称之为组合也不为过。
量子力学与广义相对论的组合引导出了黑洞辐射和爆炸等奇妙且意外的结论。看来量子力学与相对论的组合今后还能引发更多令人振奋的研究成果。这是等待人类探寻的广阔未知领域，但这种探索是极其困难的，不少人迷失其中。黑洞的热力学
贝肯斯坦的黑洞具有“熵”的主张，与霍金的“辐射的最终是爆炸”的主张很快引起了该领域的高度关注。这一领域并不仅限于研究黑洞的熵的领域，还出现了更多新领域。研究熵与温度的物理学领域被称作“热力学”，这也就是“黑洞热力学”诞生的由来。
刚诞生的黑洞热力学很快就被霍金教授指出具有严重问题。
黑洞的爆炸无法用量子力学的方法来进行描述。伴随着黑洞的生成与消灭的熵的变化，无法以我们所使用的量子力学来研究。物理学未解决的难题：“信息悖论”
黑洞的熵意味着外部观测者无法了解黑洞内的状态。
由于光也无法从黑洞中逃逸，所以落入黑洞中的物质究竟在其内部是怎样的状态，外部观测者当然无从得知。
但当黑洞爆炸（或者用更稳妥的说法就是蒸发）时，黑洞内部所隐藏的信息又会随之消灭。黑洞的熵也烟消云散。
也许你认为即使信息不可知或信息消灭无关紧要，但这对于物理学来说是个大问题。微粒子聚集所形成的系依照量子力学本应该无论时间如何变化，信息都不会消灭（在量子力学中，信息的消灭只有在对系进行测定时出现，这在下一章《乌云三》中将会介绍）。当黑洞诞生后，由于霍金辐射最终爆炸或蒸发，所有信息消失也就意味着无法从量子力学的角度去研究黑洞的生成和消灭了。
这种伴随着黑洞的生成与爆炸出现的信息消失被称作“信息悖论”，直到现在依旧是物理学一大未解谜题（原本将量子力学适用于黑洞中才得出了霍金辐射，而霍金辐射最终走向的爆炸却难以与量子力学相关联，这实在是不合常理）。
有人认为随着量子引力理论的完成，信息悖论也将得到解答，但如何去解答依旧是个谜。
黑洞的信息悖论虽然尚未解决，但如今已经有各种提案正尝试着摸索答案。
比如，有人认为黑洞即使缩小也不会爆炸或蒸发，最后会变成颗粒物残留。如果是残留颗粒物的话，那么就与量子力学无矛盾，能够继续研究黑洞了。
也有人认为霍金辐射含有信息。这种说法很难简单说明，其重点就是，黑洞所隐藏的信息通过霍金辐射向外部泄露的话，信息悖论也就自然解除了。
霍金教授本人所预想的是，黑洞因为爆炸或蒸发导致信息消失。这样一来，现在的量子力学（如果不修正基础部分的话）就无法对黑洞进行研究。许多研究者都支持这种预想。
这些观点究竟哪一个是正确的呢？或者应该是其他截然不同的结论呢？如今还不得而知。
在本书《乌云六》中会比较详细地接触这一部分。不过，恐怕等量子引力理论完成并解决这一问题时，人类对熵这种物理量会到达一个新的理解境界。到时，也许能用更简明易懂的方式来介绍熵这一概念。宇宙最终的结局是什么
黑洞会走向怎样的结局，是否会真的爆炸，这些问题其实都与宇宙的未来有关。
我们住在银河系这个巨大的星系中。而在银河系中，像太阳这种恒星有数千亿个之多。
银河系的中心如之前所述的一样，存在人马座A*这一超巨大黑洞。其质量预计是太阳的400万倍。
这个超巨大黑洞最初是作为小型（但仍比太阳大）黑洞诞生的，但随着它与其他小型黑洞合体，以及吞噬恒星和气体，推测如今已经成长为现在的质量。*
人马座A还将继续通过吞噬物质不断成长。今后它将远远不止太阳的400万倍，可能变成1000万倍、1亿倍、10亿倍……在遥远的将来，银河系的物质，无论是星体、气体，还是小型黑洞，甚至暗黑物质，都会被这个超巨大黑洞吞噬。（由于预计银河系会在约数十亿年之后与仙女座星系相撞、合并，所以并不是所有物质都会简单地被人马座A*吸收，但大致走向没错。）
银河系是存在于宇宙中的无数星系之一。在可观测范围内，有数千亿个河外星系散落在宇宙中。根据观测可知，这些无数个河外星系的中心都有超巨大黑洞坐镇并持续吞噬该河外星系的物质。以此可推测，任何河外星系终究都会被超巨大黑洞吞噬，宇宙最终只会留下超超巨大黑洞。
本章从黑洞讨论到了霍金辐射，但霍金辐射在量子力学的效果上其实极其微弱，对超巨大黑洞吞噬河外星系的过程几乎不造成影响。
因为霍金辐射要造成影响所需要的时间，是在宇宙变成超超巨大黑洞之后。
宇宙空间充满电磁波，这被称作“宇宙背景辐射”。宇宙背景辐射会注入超巨大黑洞，而霍金辐射会一点点地从超巨大黑洞中逃逸，30这种状况会持续一段时间（10年左右）。
由于宇宙会膨胀，宇宙背景辐射也会渐渐减弱。
当宇宙背景辐射比来自超超巨大黑洞的霍金辐射弱时，超超巨大黑洞就开始蒸发，由于霍金辐射而失去能量，慢慢缩小。100
超超巨大黑洞彻底蒸发需要花费漫长的时间，也许需要10年。100
10年之后，缩小的黑洞会怎样，答案则要看信息悖论的解决法了。
如果最终爆炸，那么黑洞随着爆炸消灭，宇宙中将只残留下微弱的辐射。这个空荡荡的宇宙将永远地膨胀下去。
如果蒸发后留下了部分粒子，那么宇宙四处都将漂浮着这类残留物。这个基本也是空荡荡的宇宙还是将永远的膨胀下去。
这是多么悲凉的未来图景啊。但就我们现在所掌握的知识推测，这就是宇宙的命运。
也许将来物理学有所变化，这个未来图景也会被修正，不过一切事物的尽头都是悲凉，宇宙的尽头恐怕也很难变成幸福的结局。乌云三 埃弗莱特的多宇宙理论
量子力学是研究原子、分子和基本粒子等极微小的物体，阐述微观世界的方法，它会以概率来预测测定结果。测定的瞬间，微观物体会发生难以说明的状态变化。为什么会出现这种被称作“坍缩”的状态变化呢？至今还没有物理学家能真正做出解释。
1957年，研究生休·埃弗莱特三世（1930—1982）在自己的论文中提出“世界是分裂的”，这一观点引发了激烈的讨论。
绝大多数科学家反对“世界是分裂的”这一观点，但量子计算理论的开拓者达夫·多伊奇（1953—）等著名的科学家对其表示了支持。然而在经过了60多年后，至今依然无法证明究竟哪个结论是正确的。量子力学的诞生身边的物理法则难以解释的世界
量子力学是创始于约100年前的较新的物理学，基于颠覆以往常识的新奇原理。由于其原理极其超出常识，所以研究它的研究者们自己也经常陷入迷乱、困惑和激烈争论中。当时最顶尖的一批先驱的争论推动了量子力学的发展，产生了不少丰硕的成果，但其中依旧有部分议题至今未被承认。
接下来要介绍的，是与量子力学的根本原理相关的疑问，被称作“观测问题”。虽然从量子力学诞生之初就有人指出了这个问题，但经过约百年之后，关于它的争论依旧没有平息。量子力学的根本原理中还含有未解决的问题。
这个地球和我们的身体，以及周围的物体都是由只有1厘米的百万分之一左右大小的原子构成。
这些原子及由原子组成的分子，以及电子、夸克等基本粒子形成的微观世界的物理法则与我们身边的宏观世界的物理法则截然不同，无法适用人类以往所认可的科学常识。
1925年7月，丹麦哥本哈根大学的沃纳·卡尔·海森堡（1901—
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]