理論物理學(xué)家的驚人之處，在于他們可以在事物被觀測(cè)到之前發(fā)現(xiàn)它們。20世紀(jì)70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）從理論上推導(dǎo)出黑洞是“熱的”，由此它們會(huì)損失能量和質(zhì)量，變得越來(lái)越小。這種“黑洞蒸發(fā)”是霍金最重要的發(fā)現(xiàn)之一。
意大利理論物理學(xué)家、量子引力理論的開(kāi)創(chuàng)者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷(xiāo)科普著作《七堂極簡(jiǎn)物理課》里寫(xiě)道：“霍金利用量子力學(xué)成功地證明了黑洞總是‘熱的’，像火爐一樣放熱。從來(lái)沒(méi)有人觀測(cè)到這種熱，因?yàn)樵谖覀冇^測(cè)到的真實(shí)的黑洞中，這種熱非常微弱。但是霍金的計(jì)算令人信服，在各種場(chǎng)合被人們引用，黑洞的熱也被普遍認(rèn)為是真實(shí)存在的。”
卡洛·羅韋利認(rèn)為，“黑洞的熱如同物理學(xué)中的羅塞塔石碑，它用量子、引力和熱力學(xué)三種語(yǔ)言寫(xiě)就，仍在等待解讀，以告訴我們時(shí)間的本質(zhì)。”在《七堂極簡(jiǎn)物理課》的進(jìn)階版科普書(shū)——《現(xiàn)實(shí)不似你所見(jiàn)：量子引力之旅》中，卡洛·羅韋利更具體地講述了黑洞物理學(xué)以及霍金的貢獻(xiàn)。
霍金（1942年1月8日-2018年3月14日）
在我們的宇宙中存在大量的黑洞，在黑洞的區(qū)域，空間極度彎曲，最終向自身內(nèi)部坍縮，時(shí)間停止。當(dāng)一顆恒星燃盡了所有可用氫，就會(huì)坍縮，形成黑洞。坍縮的恒星經(jīng)常與鄰近的恒星組成一對(duì)，在這種情況下，黑洞與其尚存的“搭檔”彼此環(huán)繞；黑洞會(huì)從另一個(gè)恒星那里不斷吸取物質(zhì)（如圖示）。
雙星/黑洞的圖示
恒星失去質(zhì)量，一部分被黑洞吸收，一部分沿兩極的方向噴射出去。天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多和我們的太陽(yáng)一樣大（實(shí)際上稍微大一些，這里的大小指質(zhì)量）的黑洞，但也有巨大的黑洞。在幾乎所有星系的中心都有一個(gè)巨大的黑洞，包括我們的星系在內(nèi)。
位于我們星系中心的黑洞目前正在被仔細(xì)研究，其質(zhì)量比我們的太陽(yáng)大一百萬(wàn)倍。有時(shí)一顆恒星離這個(gè)龐然大物太近，就會(huì)被引力扭曲而粉碎，被巨大的黑洞吞沒(méi)，就像一條小魚(yú)被鯨吞沒(méi)。想象一個(gè)有一百個(gè)太陽(yáng)那么大的龐然大物，在一瞬間吞沒(méi)了我們的太陽(yáng)和它微小的行星。
有個(gè)正在進(jìn)行的非常棒的計(jì)劃，是要建造一個(gè)遍布世界各地的無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，由此天文學(xué)家就能夠獲得足夠大的分辨率“看到”巨大的黑洞。我們預(yù)期看到的是一個(gè)小黑圓盤(pán)，被陷入其中的物質(zhì)的輻射產(chǎn)生的光包圍著。
進(jìn)入黑洞的東西無(wú)法再出來(lái)，至少如果我們忽略量子理論的話(huà)會(huì)如此。黑洞的表面就像是現(xiàn)在：只能從一個(gè)方向穿過(guò)，無(wú)法從未來(lái)返回。對(duì)黑洞而言，過(guò)去在外面，未來(lái)在里面。從外面看來(lái)，黑洞就像個(gè)球體，可以進(jìn)去，但沒(méi)有東西可以從里面出來(lái)。一艘火箭可以停留在離這個(gè)球體固定距離的地方，這個(gè)距離被稱(chēng)作黑洞的“視界”。要做到這一點(diǎn)需要讓火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)不停地劇烈燃燒，抵消黑洞的萬(wàn)有引力。黑洞的巨大引力意味著對(duì)火箭而言時(shí)間會(huì)變慢。如果火箭在離視界足夠近的地方停留一小時(shí)，然后飛走，它會(huì)發(fā)現(xiàn)外面在此期間已經(jīng)過(guò)了幾個(gè)世紀(jì)。火箭離視界越近，時(shí)間相對(duì)于外面走得越慢。因此，旅行到過(guò)去很困難，但旅行到未來(lái)很容易：我們只需要在太空飛船上靠近黑洞，在附近停留一會(huì)兒，然后飛走。
在視界處，時(shí)間停止：如果我們極其靠近，然后按我們的時(shí)間來(lái)算幾分鐘后飛走，宇宙的其他部分也許已經(jīng)過(guò)去了一百萬(wàn)年。真正令人驚訝的事情在于，現(xiàn)在通常能觀測(cè)到的這些奇特物體的屬性，早就被愛(ài)因斯坦的理論預(yù)見(jiàn)了?，F(xiàn)在天文學(xué)家在研究太空中的這些物體，但直到不久以前黑洞都被視為一個(gè)奇特理論的古怪結(jié)果。我記得我的大學(xué)教授把它們作為愛(ài)因斯坦方程的解引入時(shí)，說(shuō)“不太可能有真實(shí)物體與之對(duì)應(yīng)”。這就是理論物理學(xué)家的驚人能力，他們可以在事物被觀測(cè)到之前發(fā)現(xiàn)它們。
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