于他的加速度。在宇宙学里，膨胀宇宙模型也有视界，因而也有一个相联系的黑体温度（极低，不要与作为大爆炸遗迹的宇宙背景温度开氏27度相混淆）。
黑洞热力学已经把我们从蒸汽机带出很远了。
上帝耍人
基本粒子通过核力和电磁力而相互作用，这些作用服从已由实验验证的一定规则，正是这些规则使得科学家能够建立起一致的清楚的物理理论。规则中有一条是重子数守恒。简单说来，它是指在所有的基本相互作用中，必须保持粒子和反粒子的相称，所以一个光子（重子数为0）可以转变成一个中子（重子数为十l）和一个反中子（重子数为一1）组成的对，因为总的重子数保持为零。但是一个中子决不能转变成一对光子。另一个称为轻子的粒子家族，包括电子、U介子和中微于，也遵守一条相似的规则，这些粒子每个都有一个轻子数，在基本相互作用中总轻子数必须守恒。
粒子物理的这些基本规则被量子黑洞满不在乎地破坏了。我们已经看到黑洞在形成或吞噬物质时会“失去毛发”：所有关于粒子的信息在它们通过视界时全都丧失了。尤其是，一个由重于（例如大质量恒星中心的质子和中子）形成的黑洞并不记得它的重子数，它跟由反重子形成的黑洞完全一样，我们不可能看出有什么差异。且再耐心等等，在一定时间后黑洞会开始按照霍金机制而辐射，释放能量和摘。黑洞像黑体那样辐射这一事实，意味着它只能发射出相等数目的重子和反重子，或等数目的轻子和反轻子。也就是说，由蒸发的黑洞出来的净重子数总是为零。黑洞的蒸发破坏了重子数和轻子数守恒的规则。
这个惊人的性质表明，由黑洞蒸发所释放到外部介质的信息在通过视界时会“降级”。这种退化给离开黑洞的物质和辐射打上一个“热印记”，使得资料随机化。正因为此，霍金认为测不准原理在应用于黑洞时应被代之以“猜不准原理”。
爱因斯坦始终不喜欢量子力学，尽管他对这一理论的发展起过先锋作用。他不喜欢测不准原理包含的非决定论思想，并用这样一个短句来表达自己的反感：“上帝不掷骰子。”霍金的回答是：“上帝不只是掷骰子，还把骰子掷到我们看不到的地方！”第四篇：光的复归
世界的真正奥秘之所在，并不是不可见物，而是可见物。
——奥斯卡·王尔德（ Oscar wude）
第十五章 原初黑洞
团块
让我们返回到宇宙的极为遥远的过去，即150亿年以前。刚刚形成的宇宙并不是一种均匀平静的“汤”，由于微小涨落的激发，物质在自身引力作用下趋于聚集成团块。但是，像炉子里的蛋糕一样，宇宙由于大爆炸的力量而在膨胀。这种总体膨胀与局域凝聚之间的对立是当代物理学最大的问题之一：某些团块究竟是怎么发展成星系的呢？似乎宇宙的膨胀终究应该足以阻止局域的凝聚，以至于在宇宙的历史上，没有任何星系、恒星、行星以及处在这个链条终端的生命能够出现。
星系的存在“实验”地证明，原初宇宙中的某些涨落能够增长，并与整体膨胀相脱离。在这种凝聚过程中，密度反差，即团块相对于周围环境的质量超出，将无限制地增大。在初始阶段这种反差很小，即使团块总质量已有几百M时，密度的相对超出也只不过千分之一。而今天，对同样质量而言，密度反差已在ic万倍以上。引力干得多勤奋！（太阳型恒星与星际介质的密度反差还要大：10”比1。）
厨师都知道，在火上搅动一锅酱汁时，小团块比大的更容易形成。因此也有这样的可能，原初宇宙中那些大幅度的涨落使质量比星系小得多的物质首先凝聚成由引力控制的物体。正是通过引人这样一种机制，史蒂芬·霍金于1971年建议了原初黑洞的存在。
前面讲过，由恒星坍缩而形成的黑洞质量在3的量级，对原初黑洞没有这种制约，各种形状和尺度的黑洞都可以在宇宙早期形成，尤其是大小如基本粒子的微型黑洞。
有可能由天文观测来检验关于微型黑洞的思想吗？
碰撞中的世界
无疑地，最好是能在太阳系里找到微型黑洞。霍金提出，微型黑洞能被太阳捕获，并逐渐地朝日心下落，与人们的直觉相反，太阳不会被这个小黑洞吃掉，小黑洞可以在太阳里存在很长时间而没有任何可觉察的影响，只有在黑洞迅速增大的情况下太阳才有危险。而事实上，被黑洞吞噬的太阳物质在消失之前会发出很强的辐射，辐射压对外部物质的推斥作用将限制黑洞的增长速度。被吞噬的物质流与被释放的能量流相互调节，使得黑洞周围区域就像一个极其稳定的核反应堆。这个有着“黑心”的太阳将平静地继续着它的主序生涯，很难觉察到它的活动有什么改变。
这个独特的方案曾被用来解释地球上探测到的太阳中微子数与核反应理论预言的数目之间的差异，不过它后来被抛弃了，因为能更好地解释这种差异而又更常规性的机制占了上风（例如，中微子可能有非零质量，于是由假定零质量所计算的中微子流就会与观测值不一致）。
还要指出的是，微型黑洞同我们地球碰撞的可能性是很小的，还不及大陨石撞上地球的机会大。不过，小黑洞撞击已被作为俄罗斯通古斯卡那场著名灾祸的可能解释之一。1908年6月30日，西伯利亚的叶尼塞河流域遭到一个自天而降的物体的破坏，伴随爆炸而来的有光、声和力的现象。冲击波毁坏了周围的大片森林，杀死了数百只驯鹿，1000公里以外的人听到了声响，窗户被击碎，房屋被晃动，天空被照亮，有一段时间亮得在高加索都能半夜在户外看书。按照地震仪的记录，爆炸威力相当于1500颗扔在广岛的原子弹。但是，20年后才对爆炸的地方作科学考察。15公里以内的树木被烧焦，30公里内的树木被推倒，全都由爆炸中心向外倒伏，但是并没有标记撞击点的陨石坑。
对这场灾变的起因已经有了许许多多的说法，有的平庸，有的新奇。目前普遍接受的一种是归于一颗流星，或者更准确地说是一块管星的碎片，一块由冰和石头组成的数百米大小的碎片，逆着地球转动的方向以50公里／秒的速度落到地面上，就会产生在通古斯卡所见到的效果。在大气中的蒸发以及大量粒子的注人使得没有一个坑或别的大痕迹留下。最好的证据来自对在当地收集的碎石的化学分析，那些碎石主要由硅和镍铁块组成，与管星的成分极为一致。
然而，这种证据并未能阻止两位美国天体物理学家提出一个根本不同的解释，即一个微型黑洞穿过了地球，就像一把热刀穿透了黄油，又从地球的与通古斯卡相反的一侧钻出来，而那一侧却碰上是南大西洋的中央，没有树或是窗户留下见证来告诉人们发生了什么。
更深入的分析表明，黑洞在地球中穿过会导致地震波，但是没有观测到；黑洞钻出来时还会伴随有大气冲击波，这也没有观测到。看来这种漂泊的微型黑洞的解释确令人难以置信（不过还赶不上反物质块或是遇难的外星人飞船之类的解释那么离奇），只不过是作为一种宣传材料而已。黑洞专家们是不会从这种宣传中获益的，如果黑洞随处可以见到，那么反而显得不可信了。
短暂的生涯
由霍金依据量子力学所揭示的微型黑洞的基本特征，即以黑体辐射形式的质量蒸发，看来才是探测这类黑洞的主要希望之所在。
密度涨落理论表明，低质量黑洞只能在宇宙早期形成，而黑洞的质量越小，蒸发得就越快（黑洞的寿命与其质量的立方成正比）。质量为1吨的黑洞会在10’‘秒内蒸发光，而质量为100万吨的黑洞则能存在10年。只有那些寿命比宇宙年龄（150亿年）长的微型黑洞才能维持到今天，这些黑洞的初始质量最少得有10亿吨，这大约是一座山的质量，而黑洞半径只有10－‘’厘米，同质子一样。
质量更大的黑洞的蒸发时间就比宇宙年龄要长得多，例如，IM黑洞的寿命大约是10“年。这个巨大的数字并不出人意外，因为蒸发是一种量于现象，只发生在与基本粒子直径相当的极小尺度上。因此，对于那些质量比一座山大的黑洞来说，蒸发是完全无关紧要的，无论这些黑洞是在宇宙早期形成的还是后来在超新星爆发时形成的。实际上，大黑洞质量增大的速率超过蒸发的速率。现在的问题是，目前正在蒸发的黑洞应当有多大的初始质量。
要回答这个问题，首先要明白，黑洞并不是存在于完全的真空里，而是处在具有一定能量的媒介物质之中。介质的能量至少等于作为原初大爆炸遗迹的宇宙微波背景辐射的能量。这个宇宙“浴池”的温度是开氏27度。按照热力学定律，那些今天仍存在的原初黑洞中，只有质量小于10’‘克的（相当于月亮的质量，而半径只有0．l毫米）才能有高于开氏27度的温度，因而才能蒸发，把能量给予周围介质；而质量更大的黑洞则只会吸收宇宙能量而增大自己的尺度。总之，质量小于矿5克的黑洞已经蒸发掉了，质量在1015克到1026克之间的黑洞现在正在蒸发，而质量在1026克以上的，包括由恒星演化形成的“第二代”黑洞，则都正在增大。
最后时刻
怎样才能观测到一个质量适当因而正在蒸发的黑洞呢？霍金的计算表明，在最后的议1秒，蒸发变成爆炸，黑洞被突然地摧毁，其质量被转变成能量。这种能量以一种高强度的伽玛射线爆发的形式消散，至少原则上距离为30光年以内的伽玛射线暴是可以探测的。
由第一章 中的表1可以看到，伽玛辐射所转移的能量平均要比可见光辐射强100万倍。这种辐射因而有着强穿透性，如果不”是被地球的上层大气阻挡，它对地球上的生物将有致命危险。观测宇宙伽玛辐射的一种方法正是把大气本身作为探测器，伽玛射线光子在穿过大气上层时，会把自己的能量转变成物质，产生粒子和反粒子的簇射。这些粒子在产生的瞬间的运动速度等于真空中的光速，因此就比在空气中穿过的光还要快。这种“超相对论”粒子进人地球的电磁场，类似于超声速的飞机那样，也会形成冲击波，不过不是产生声撞击，而是产生一种可见光闪耀，称为切论可夫（Cerenkov）辐射。这种辐射很容易在地面上探测到，因而长期以来被用以测量从宇宙空间到达地球的伽玛辐射流。
由切伦可夫“光”探测到的伽玛辐射暴平均每年有几次，但是，它们并不具有微型黑洞爆发的特征。当然，微型黑洞并不是天空中唯一的伽玛辐射源，事实上，除了这种突然的辐射爆发外，还有一种强度较低的连续伽玛辐射已被在大气以外运转的卫星上的仪器探测到。这个重要的发现表明，许多天文现象都能向星际空间发射高能辐射。关于这种弥漫的背景伽玛辐射的起源还在争论之中，不过多数人相信是由中子星（见第16章）这样的致密星，或者在更大得多的尺度上由活动星系核所产生的。
尽管如此，仍可能有许多微型黑洞已在不久前爆发，并为背景伽玛辐射作出了部分贡队一个名为SASZ的卫星已对弥漫伽玛辐射作了精确测量。这种辐射的强度非常低，即使假设全都是来自黑洞爆发，平均说来每立方光年体积内包含的原初黑洞也不可能多于200个。这样看来，最靠近地球的做到黑洞也在远离太阳系的地方。
原初黑洞的真实密度还要小得多，因为可以作出比基于伽玛辐射的推断更为严格的限制。微型黑洞爆发时发射的粒子将与银河系的磁场作用，产生出特征射电波。由于对射电波的探测比对伽玛辐射要容易得多，微型黑洞的爆发应当能用大型射电望远镜探测到，然而却从来没有过。这一事实对微型黑洞爆发的额度作出了一个很严格的限制：平均每立方光年体积每300万年里不可能超过一次。
总之，质量像一座山的原初微型黑洞可能存在，但是极为稀少。
引力幻景
微型黑洞爆发的踪迹难寻，并不排除质量超过10”克因而尚未爆发的原初黑洞的存在。这样的黑洞又怎样探测呢？
由第10章中描述的“照明”实验已经看到，即使是一个完全孤立的黑洞也能使来自遥远源的辐射聚焦，起着“引力透镜”的作用。
假设地球、一个黑洞和一颗恒星碰巧排在一条直线上，按照广义相对论定律，黑洞附近的时空弯曲将使来自远处恒星的光在到达地球之前沿几条可能路径之一运动（图56）。于是，