第4天：第7章 黑洞不是这么黑的

            第8章 字宙的起源和命运

在第七章讲到了事件视界面积的非减性对黑洞行为加上了重要的限制，在事件视界上的光线的路径永远是互相平行运动或是相互散开。联想到熵（如果不加外力干涉的情况下，事物总是倾向于增加它的无序性）的物理量的行为，柏肯斯坦的假设是说事件视界的面积是黑洞熵的量度，广义相对论认为黑洞是不发出任何东西的物体，因而说有黑洞有熵，即说黑洞有温度能按一定速度发出辐射是不正确的。所谓的黑洞发射粒子，并不是从黑洞内部发出来的，而只是从紧靠黑洞事件视界的外面的“空”的空间来的，看起来就象是从黑洞发出来的一样。黑洞的引力，以及粒子与粒子对因引力作用发生的改变可以用来解释为何黑洞能发射粒子。几倍于太阳质量的黑洞，绝对温度低，吸引的粒子多于发射出去的粒子，当温度低到一定程度时即开始损失质量，但因其寿命如此之长，这样的变化是可以忽略的。极早期宇宙的无规性形成太初黑洞，质量小，内部温度极高，并以大速率辐射。但10亿吨的太初黑洞与太阳寿命相近，并且发射大量的X射线与伽玛射线。依据广义相对论与量子理论得出的结论是黑洞必须象热体那样辐射，而且必须是正在发射大量的X射线与伽玛射线，同时，黑洞辐射的存在也说明，坍缩将不再是最终和不可逆的。

在宇宙起源的问题上，假若没有这些理论上的预言，没有这些科学家们的设想，我宁愿停留在创生的观念上。但也正因为了有这些物理上的设想预言，我们才可能对宇宙的起源，命运，对我们的将来有了更大的兴趣去了解。这样的一个起源似乎距离我们很遥远，也似乎与我们不相干，也只有极少数的理论能被证实，无限的外太空仍是一片神秘之地。

对宇宙的起源的模型是按照“热大爆炸模型”来理解的。在大爆炸之前，用弗利德曼模型来说，粒子因为宇宙膨胀引起温度的变化而随之发生着变化，由高速度运动到结块到湮灭的一个过程。在大爆炸的那一刻，体积为零，无限热的一种状态，一秒钟后，宇宙是各种粒子，主要是光子，电子和中微子及其反粒子，还有部分的质子 与中子。电子与反电子湮灭后成为光子，而中微子与反中微子因为引力的极微弱却可以存在至今。在大爆炸几个钟后，仅仅只是膨胀，但在温度降到几千度后，电子核子的电磁力无法抵抗引力便形成 了原子。继续膨胀变冷，某些区域的膨胀停止开始坍缩，并在引力的作用下，坍缩部分开始缓慢的旋转。当自旋足以抵抗引力时，蝶状的星系就产生了。另外的则可以形成椭圆星系的椭球状物体。时间流逝，氢和氦形成星云，，氦又可以变成碳与氧。宏观分子的大结构偶然结合并在海洋中发展，自复制并繁殖，吸引大气中有害气体，并改造其成份，进而可形成我们现在的物体。

宇宙从非常热开始并随膨胀而冷却的景象，与现在的观测一致，但对以下几个问题仍无法给出回答：一是早期宇宙源何如此之热；二是如何在尺度上宇宙是如此一致；三是为何到现在仍是以临界膨胀速度在膨胀；四是大尺度宇宙在局部的无规性，密度起伏的起源是什么。对如何选择宇宙的起始状态和结构以及在时间的开端处“边界条件”是什么的问题，作者也都一一进行了说明。固斯的“暴涨”模型（宇宙现在的状态可以从相当大量的不同的初始结构引起），林德的“紊乱暴涨模型”，对对称相，对称破缺相等等 术语进行了简略的说明。量子引力论必须和费因曼提出的按照对历史求和的量子力学表述一致，在此，对实时间（宇宙的开端与终结都是奇点，科学定律不成立） ，虚时间（不存在奇点或边界），以及欧几里德时间也行了说明与解释，并因此得出一个结论：知道历史求和跌欧几里德弯曲旱的早期时刻的行为可以推论出宇宙的量子态。

量子引力论对宇宙的行为有三种假设：宇宙早已存在无限长时间；在有限的过去的某一时刻的奇点上有一个开端；三是时空有限但无边界。前两者与广义相对论一样，但对第三种行为的推论因为理论的不完善与模型建造困难等原因仍存在诸多瑕疵。1992年，COBE首次检测到微波背景随方向的微小变化与暴烈模型以及无边界设想是相吻合的。我们可以设想，造物主创设宇宙并在其后让宇宙按一套定律演化，但若宇宙是自给自足的，无边界，无边缘，无开端也无终结，这个造物主是否存在呢？

对宇宙起源的诸多猜测，能证实的少之又少，待研究的区域很多，先辈们的预言对我们来说或许更象是头脑中的想象，但玄之又玄的外太空，其神秘对每一个人定有不同的意义！

2018.3.21