（十）黑洞不尋常的性質

　　研究黑洞的性質，有助於我們同時理解大爆炸奇點，因為他們之間實在是太相似了。

　　廣義相對論預言，運動的有質量的物體（光子等輕子是沒有靜止質量的）會導致引力波的輻射，它是以光速傳播的空間--時間的漣漪。如同物體輻射出的光子帶走了它們的能量一樣，物體輻射出的引力波同樣將帶走它們的能量，因此物質系統將最終會趨向於一種穩定的狀態。這好象往池塘里扔一塊木頭，使水面產生漣漪。漣漪將木塊的能量帶走，使木塊最終平靜下來。地球圍繞太陽公轉而產生的引力波使地球能量損失，其軌道逐漸改變並最終落到太陽上，只是這種能量損失極小，要過一千億億億年才會相撞。

　　當恆星坍縮成黑洞時，運動會快得多，這時能量的損失也快得多，所以坍縮過程將很快達到不變的狀態。這種不變的狀態是如何的呢？由於坍縮之前的恆星的狀態是多種多樣的，包括它的物質形態、質量、旋轉速度及恆星內部的複雜運動等等，似乎對坍縮的最終狀態很難作出預言。

　　加拿大科學家外奈·伊斯雷爾在1967年的研究非常出人意料。他指出："根據廣義相對論，不旋轉的黑洞必須是非常簡單的、完美的球體，其大小隻依賴於它們的質量，並且任何兩個不旋轉的等質量黑洞必定是完全相同的。"

　　最初，包括伊斯雷爾在內的許多科學家認為，既然黑洞只能是完美的球形，那麼黑洞應該由具有完美球形的物體坍縮而成。然而任何恆星都不是完美的球形，所以黑洞只能坍縮為一個點。

　　而羅傑·彭羅斯等人提出了另外一種解釋：恆星坍縮的快速運動釋放出來的引力波使恆星越來越接近球形，當它最終達到靜態時，就成為精確的球體。因此，"任何不旋轉的恆星，無論其組成物質、質量和內部結果如何複雜，在其引力坍縮後都將終結於一個完美的球形黑洞，其大小隻依賴於它的質量。"這就是著名的"黑洞無毛"定理。這個觀點得到了進一步的計算支持，並很快為大家所接受。

　　與此同時，新西蘭科學家羅伊·克爾計算出廣義相對論中描述旋轉黑洞的一族解。這些解表明，黑洞以恆常速度旋轉，其大小與形狀只依賴於它們的質量和旋轉速度，旋轉速度越快，黑洞的赤道部分就越鼓（這和地球、太陽等星體是一樣的）。如果旋轉為零，黑洞就是完美的球體。伊斯雷爾的發現其實就是克爾解中的特解。

　　"黑洞沒有毛"意味着，物體複雜的和大量的特徵信息在形成黑洞的過程中損失了。我們將在下章中理解它的意義。

　　黑洞在科學史上是一個特殊的情形，它作為數學模型已經發展到極為詳盡的地步，但至今仍沒有100%肯定的觀測證據來證明它。1963年發現了一個暗淡的類星體紅移。這個紅移是如此之大，如果看作是引力紅移的話，那麼它的質量應該很大，而且離我們很近，以致於會干擾太陽系的行星運動。所以它只能是宇宙膨脹引起的紅移。紅移很大則說明它離我們很遠。如果在這麼遠的距離還能被我們觀察到，那麼它一定非常亮，也就是說它必須輻射出大量的能量。

這麼大的能量不可能僅僅是一個恆星發出的，它很可能是一個星系整個中心區域的引力坍縮。人們發現了很多這樣的類星體，但它們都離我們非常遠，由於很難觀測而不能為黑洞提供結論性的證據。

　　1967年中子星的發現為證明黑洞的存在帶來了鼓舞。因為中子星的半徑約10英里，只是黑洞坍縮臨界半徑的幾倍而已。恆星能坍縮到更小尺度應該是理所當然的。

　　由於光線無法從黑洞中逃逸，因此觀測黑洞有些象在漆黑的夜裡尋找黑貓。但值得慶幸的是，黑洞的引力效應仍將作用到其臨近的星體上。人們觀測到一些伴星系統是由一顆可見恆星和一顆不可見恆星互相圍繞旋轉組成。這類系統中的有一些是強X射線源。對這種現象最好的解釋是，物質從可見星的表面被吹起來並落向不可見的伴星，這些物質在強大的引力作用下發展成螺旋軌道（如同水從浴缸中流出的情形），同時變得非常熱而發射出X射線。這顆不可見伴星必須小到象白矮星、中子星或黑洞那樣，才能引發上述機制。"天鵝X-1"就是這樣一個伴星系統。通過對其可見星軌道的研究，科學家們推算出了不可見星的最小質量--大約是太陽的6倍。按照強德拉塞卡的結果來看，它只能是一個黑洞。

　　宇宙漫長的歲月中，許多恆星應該已經耗盡了燃料並且坍縮了。黑洞的數目甚至比可見星還要多得多。以我們的銀河係為例，巨大數量的黑洞的額外引力就可以解釋為何銀河系會有如此的轉動速率，僅考慮可見星的質量是不足夠的。某些證據說明，銀河系中心有非常巨大的黑洞，其質量大約是太陽的10萬倍。恆星若是太靠近這個黑洞，它近端和遠端的引力差就會將它撕開，並被黑洞吸引而落到上面去。

　　雖然落到黑洞上的物質沒有象"天鵝X-1"那樣熱到發出X射線，但可以用來說明在銀河系中心觀測到的非常緊緻的射電源和紅外線源。

　　在類星體的中心被認為是質量更大的黑洞，大約是太陽質量的1億倍。當物質旋轉落入黑洞時，它將使黑洞向同一方向旋轉，使黑洞產生強大的類似地球的磁場。落入黑洞的物質會產生高能的粒子，它們在黑洞強磁場的作用下聚焦，形成沿黑洞北極和南極方向向外噴射的粒子流。在許多星系和類星體中我們觀測到了這種射流。

　　也可能存在着比太陽質量小得多的黑洞。它們由於低於強德拉塞卡極限而不可能由引力坍縮形成，只能由巨大的壓力壓縮而成。在早期宇宙的高溫高壓條件下會產生這樣的小黑洞。一個質量在10億噸（一座大山的質量）的太初黑洞可以由於對其它可見物質的影響而被觀察到。我們在下一章將會看到，也許小的黑洞比大的黑洞更容易被探測到。

（十一）黑洞並不黑！

　　由於大爆炸和黑洞奇點是如此的小，以致於其尺度趨向於零，所以科學家們不得不考慮其量子效應。在使用量子力學的理論對黑洞進行分析時，黑洞令人完全意想不到的性質被逐步揭示出來。我們將會看到，我們生活的宇宙比我們想象的還要神秘，並且十分完美。

　　1970年，霍金博士意識到並且成功證明"黑洞邊界定理"--當有物質落到黑洞中，或兩個黑洞相撞並合併成一個黑洞時，新黑洞的"事件視界"面積將大於或等於原先黑洞"事件視界"面積的總和。

　　霍金博士為此發現激動不已，並認為是自己值得驕傲的幾個發現之一。

　　相信一定有人會問："1+1=2離奇在哪裡？"我們不要忘記黑洞的特殊性質。前面我們已經談及，黑洞是一個區域，從黑洞中發出的光所能到達的最遠距離就是黑洞最外層的邊界，也就是"事件視界"。

　　掉進黑洞中的物質再也沒有任何信息能被我們所觀察。在經典的定義中，黑洞是一個極為特殊的區域，我們所觀察到的現象"0+1=0"，掉進黑洞的物質猶如進入了另外一個世界般地徹底消失。因此黑洞邊界不減的發現有重大的意義。

　　我們再用熱力學來分析一下就會更清楚了。

　　熱力學第二定律指出："一個孤立的系統的熵總是增加的，並且兩個系統合為一個系統時，其合併系統的熵大於所有單獨的熵的總和。"（熵就是物質運動的無序度、混亂度）例如有一個被中間的一個擋板分割為兩半的密封盒子。盒子的左半部充滿空氣，右半部真空。當抽去擋板後，氣體分子會均勻地充滿整個盒子。由於氣體所占的體積增大了，它的無序程度也就增加了，我們說氣體的熵增加了。

　　如果盒子的左半部充滿氧氣，右半部充滿氮氣。當把擋板抽去後，兩種氣體將均勻地混合併充滿整個盒子。這種狀態比原先分開的氣體的狀態更無序，熵也增大了。

　　我們不妨設想，如果這些氣體落到了黑洞裡，由於我們無法測量到黑洞中的狀態，只能認為黑洞沒有熵，那麼黑洞外界的總熵就會減小，換句話說，宇宙的總熵減小了。這無疑使體系嚴密而完整的熱力學十分尷尬。我們固然可以說，將黑洞裡的熵也考慮進去的話，宇宙的總熵並沒有降低--但我們需要一個標誌黑洞熵的物理量。

　　黑洞事件視界不減的性質使我們不禁聯想到，事件視界面積就是黑洞的熵。

　　雖然二者之間有很多相似之處，但是將二者等同起來還有一個致命困難：任何一個具有熵的物體都將有溫度--假如黑洞有熵的話，也將不能例外；而且有溫度的物體必然向外發出輻射。這與黑洞的定義顯然矛盾。

　　前蘇聯的兩位科學家雅可夫·捷爾多維奇和亞歷山大·斯塔拉賓斯基在1973年根據量子力學的不確定原理計算出，旋轉黑洞應產生並向外輻射粒子。同年，霍金計算出即使是不旋轉的黑洞也以不變的速率產生和輻射粒子，而且令人驚奇的是，黑洞輻射出的粒子譜剛好是一個非常準確的熱譜（熱的物體輻射的譜），顯示着黑洞正以嚴格的速率輻射粒子以保證熱力學第二定律不被違反。霍金等人的研究使大家看到，黑洞具有有限的熵，因為它能以一個不為零的溫度保持熱平衡，而這個熵恰恰就是黑洞的事件視界面積！

　　經典物理學中定義黑洞不能向外發出輻射，而量子力學卻允許粒子從黑洞中逃逸出來，這種現象如何解釋呢？霍金作了如下解釋來幫助人們理解。

　　由於量子力學的不確定性原理指出，粒子的位置和速率不能同時被測出（愛因斯坦所謂的"上帝在擲色子"），因此我們的宇宙空間不能是"真空"，否則就意味着引力場和電磁場等必須恰好為零，那麼它們的數值和時間變化率將同時被固定為零，這違反了"測不準原理"。

　　既然場不為零而且"測不準"，那麼場的數值就會有一定的起伏，人們將這些量子起伏理解為光或引力的粒子對。它們同時出現並互相離開，然後又互相靠近而湮滅（這種量子起伏已經被實驗精確地證明）。這對正反粒子中一個粒子的能量為正，另一個能量為負，其能量和為零以遵守"能量守恆定律"。如果這對粒子恰好在黑洞的邊緣出現，其中一個粒子落入黑洞裡，另一個粒子由於找不到相互湮滅的"伴侶"而獲得自由逃逸出去。對於在遠處的觀察者來說，這就象是從黑洞中輻射出來的一樣。

　　我們知道，一個物體越靠近引力場的中心，它的能量就越小，因為遠處的物體需要花費更大的能量來抵抗吸引力，儘管如此物體的能量仍然是正的。而黑洞的引力場是如此的強，以致於落入它裡面的粒子的能量變為負值，這就使黑洞的總能量減少。根據愛因斯坦著名的"質能方程"--E=mc^2，落入黑洞的質量由於能量的減少而減少，黑洞的事件視界面積隨之減小。從黑洞外觀察，黑洞輻射產生的熵補償了物質落入黑洞而減少的熵；從整個宇宙的範圍考慮，質量守恆、能量守恆及熱力學第二定律均被不折不扣地遵守着。

　　由於黑洞質量越小，其引力場就越小，粒子逃逸的過程就變得越容易，因此黑洞粒子的發射率和其表觀溫度就越大。黑洞向外輻射粒子導致黑洞質量減小，進一步導致了輻射速率和溫度的上升，因而黑洞的質量就減小得更快！當黑洞的質量變得極小的時候，它將在一個巨大的、相當於幾百萬顆氫彈爆炸的發射中結束自己的歷史！

　　具有太陽質量的黑洞只有千萬分之一度的絕對溫度，這要比2.7K的宇宙微波輻射溫度低得多，所以這種黑洞的輻射小於吸收。如果宇宙永遠膨脹下去，微波輻射的溫度最終將減小到比這種黑洞的還低，黑洞就將開始損失質量。它的溫度實在太低了，以致於需要一百億億億億億億億億（1的後面跟66個0）年才蒸發完，這遠大於宇宙的年齡了！而我們上一章談到的太初黑洞更高的溫度。一個10億噸的太初黑洞的尺度只有10的負13次方厘米的半徑（質子的尺度），它的壽命大體和宇宙相同，而比這質量還小的黑洞已經蒸發完畢；比它稍大的黑洞仍在發射着射線或伽瑪射線，其能量相當於十個大型核電站的功率。不管你相不相信，這些黑洞並不黑，正相反，它們是白熱的！

　　科學家們計算出，每立方光年中又大約300個太初黑洞。由於它們輻射出的伽瑪粒子的極少，因此觀測它們十分困難。

　　我們在這一章中看到，科學定律並沒有在黑洞奇點處完全失效。這使我們看到了希望，也許奇點可以避免！

（十二）宇宙的生命歷程

　　對黑洞的研究同時使我們了解了大爆炸，兩者在性質上基本一致，只不過大爆炸是發生在一個極大的尺度上，並且是黑洞的時間反演而已。

　　讓我們回顧一下前面章節論述到的宇宙特性。

　　宇宙在不停地膨脹，星體距離我們越遠，則離我們而去的速度就越快。在大約150~200億年以前這些星體是聚集在一點的，這就是大爆炸奇點，它的密度和空間--時間曲率均為無窮大，因此一切科學定律在此奇點處完全失效。宇宙中還存在着另一種奇點，它們是由已經"死亡"並發生引力坍縮的恆星形成的，其密度和時空曲率也時無窮大；在其強大的引力場的作用下，即使物體以光速運動也不能脫離它而逃逸到無窮遠處，我們將這種星體稱為"黑洞"。對黑洞的研究使我們發現，黑洞沒有毛--一顆不旋轉的黑洞只能是完美的球體。

　　當使用量子力學的觀點來研究黑洞，得到了驚人的結果--黑洞正在向外輻射粒子而使自己具有表觀溫度，而一顆10億噸左右的黑洞甚至是白熱的！

　　現在讓我們來看看200億年前發生了什麼事情！

　　在大爆炸時刻，宇宙的體積是零，所以其溫度是無限熱的。大爆炸開始後，隨着宇宙的膨脹，輻射的溫度隨之降低。大爆炸1秒鐘之後，溫度降低到了100億度，這個溫度是太陽中心的1千倍。此時的宇宙中主要包含光子、電子、中微子和它們的反粒子（光子的反粒子就是它本身），以及少量的質子和中子。。此時粒子的能量極高，它們相互碰撞並產生大量不同種類的正反粒子對。這些正反粒子對碰到一起時又會湮滅。但此時它們的產生率遠大於湮滅率。

　　順便一提的是，中微子和反中微子之間以及它們和其它粒子之間的相互作用非常微弱，所以它們並沒有互相湮滅掉，以致於直到今天它們仍然存在。中微子的質量被認為是零，但1981年前蘇聯和1998、1999年日本的研究顯示，中微子可能具有微小的質量。如果被證實的話，有助於我們間接地探測到它們。它們是"暗物質"的一種形式，具有足夠的引力去阻止宇宙的膨脹並使其坍縮。

　　宇宙繼續膨脹，溫度的降低使得粒子不再具有如此高的能量。它們開始結合。與此同時，大部分正反電子相互湮滅，並產生了更多的光子。大爆炸100秒後，溫度降到了10億度，這相當於最熱的恆星的內部溫度。質子和中子由於強相互作用力（核力）而結合。一個質子和一個中子組成氚核（重氫）；氚核再和一個質子和一個中子形成氦核。根據計算，大約有四分之一的質子和中子轉變為氦核，以及少量更重元素，如鋰和鈹。其餘的中子衰變為質子，也就是氫核。

　　幾個鐘頭之後氦和其它元素的產生停止下來。在這之後的100萬年左右，宇宙什麼也沒有發生，只是膨脹。當溫度降低到了幾千度時，電子和原子核不能再抵抗彼此間相互的吸引力而結合成原子。由於宇宙存在着小範圍的不均勻，區域性的坍縮開始發生。其中一些區域在區域外物體引力的作用下開始緩慢的旋轉。當坍縮的區域逐漸縮小，由於角動量的守恆，它自轉的速度就逐漸加快。當區域變得足夠小時，自轉的速度足以平衡引力的作用，象我們銀河系這樣的碟狀星系就誕生了。另外一些區域由於沒有得到旋轉而形成橢圓形星系。這種星系的整體不發生旋轉，但它的個別部分穩定地繞着它的中心旋轉，因而也能平衡引力坍縮。

　　由於星系中的星雲仍有不均勻性，它們被分割為更小的星雲，並進一步收縮形成恆星。恆星由於引力坍縮產生的高溫引發核聚變，聚變產生的能量又抵抗了繼續收縮的趨勢，恆星進入穩定地燃燒。質量越大的恆星燃燒的越快，因為它需要釋放更多的能量才能平衡自身更強的引力。它們甚至會在1億年這樣短的時間裡耗儘自己的燃料。

　　恆星有時會發生被稱為"超新星"的巨大噴發，這種噴發令其它一切恆星都顯得黯淡無光。這時一些恆星在晚期產生的重元素就會被拋回到星系中，並成為下一代恆星的原料。我們的太陽就是第二或第三代恆星，它含有大約2%的這種重元素。還有少量的重元素聚集並形成了繞恆星公轉的行星，我們的地球也是其中之一。

　　對於宇宙的起源，我們仍然有很多問題：第一、為什麼宇宙在大尺度如此的均勻？背景輻射的溫度也一樣？除非宇宙的不同區域剛好從同樣的溫度開始！第二、又為什麼我們的宇宙會以如此接近臨界的速率膨脹？如果它在大爆炸後1秒鐘的時刻其膨脹速率只要小十億億分之一，那麼我們的宇宙早已坍縮！第三、我們的宇宙非常光滑和規則，而從概率上來講，紊亂的和無規則宇宙的數量應該占絕對優勢，因為宇宙初始狀態的選擇是隨機的。我們為何恰巧遇到這樣渺茫的幾率呢？

　　為了解釋這些現象，麻省理工學院的學者阿倫·固斯提出了"暴漲宇宙模型"。他認為，早期的宇宙不是象現在這樣以遞減的速率膨脹，而是存在着一個快速膨脹的時期，宇宙的加速度膨脹使其半徑在遠遠小於1秒鐘的時間裡增大了100萬億億億（1的後面跟30個0）倍。

　　固斯認為，大爆炸的狀態是非常熱和相當紊亂的。這些高溫表明宇宙中的粒子具有極高的能量。在如此的高溫下，強相互作用力、弱相互作用力和電磁力都被統一成為一個力；當宇宙膨脹並變冷，力之間的對稱性由於粒子能量降低而被破壞，強力、弱力和電磁力變得彼此不同。這就好象液態水在各個方向上性質都相同，而結冰形成晶體後，就變成了各向異性，水的對稱性在低能態被破壞了。

　　當宇宙暴漲時，它所有的不規則性都被抹平，就如同吹漲一個氣球時，它上面的皺摺都被抹平一樣。

　　暴漲模型還能解釋為什麼宇宙中存在着這麼多物質。在量子理論里，粒子可以從"粒子--反粒子對"的形式從能量中創生出來。這些粒子和反粒子具有正能量，而這些粒子的質量產生的引力場具有負能量（因為靠得較近的物體比分開得較遠的物體能量低），宇宙的總能量為零，這保證了能量守恆不被破壞。零的倍數仍然為零，在暴漲時期宇宙體積急劇加倍的過程中，可以製造粒子的總能量變得非常之大，以致於我們的宇宙現在大約擁有1億億億億億億億億億億（1後面跟80個零）個粒子。固斯是這樣形容這件事的："宇宙是最徹底的免費午餐！"

（十三）奇點消失了！

　　值得注意的是，既然粒子是以成雙成對的出現，為什麼我們今天看到的粒子比反粒子多得多？以致於尚未發現天然的反粒子，僅在粒子對撞實驗中證實了它們的存在。

　　我們知道，在量子力學中有三個分別叫做C、P、T對稱。C（電荷）對稱的意義是，科學定律對於粒子和反粒子（與粒子的電荷相反）都是相同的。P（宇稱，也稱作鏡象）對稱的意義是，科學定律對於某一情形及其鏡象（例如右手方向自旋的粒子鏡象為左手方向自旋的粒子）是不變的。T（時間）對稱的意義是，科學定律對於前進或後退的時間方向都是一樣的，也就是說，如果我們顛倒粒子和反粒子的運動方向，系統應該回到原先的樣子。

　　人們對這三個對稱深信不疑，認為這是宇宙完美的體現。直到1956年，華裔物理學家楊振寧和李政道發現，弱相互作用力不服從P（宇稱）對稱，他們的同事吳健雄女士用實驗證明了這一點。她將放射性元素的核在磁場中排列，使它們的自旋方向一致，然後看到電子在一個方向上比在另一個方向上發射出更多。楊振寧和李政道獲得了次年的諾貝爾獎，非常有爭議的是，獲獎者卻不包括吳健雄。楊李二人提出將獎金與吳健雄平分，但被吳謙遜地推卻了。他們是我們華人的驕傲！

　　楊、李的發現意味着弱力使宇宙鏡象的發展不同於我們宇宙！人們還發現。弱力也不服從C（電荷）對稱，也就是說，由反粒子構成的宇宙和我們的宇宙不同！當時楊和李認為弱力服從CP聯合對稱--將所有的粒子以反粒子代替，由此構成的宇宙的鏡象，其行為和我們的宇宙相同。然而1964年美國人J.W.克羅爾和瓦爾·費茲發現，在K介子的衰變中，甚至連CP聯合對稱也不服從！他們也因此獲得諾貝爾獎。他們進一步得出推論：由於數學定理證明了科學定律必須服從CPT聯合對稱，我們將不難理解：如果定律服從T對稱，同時不服從CP聯合對稱，那麼定律將無法服從CPT聯合對稱--而這種對稱是被數學定理證明了的。我們不得不接受這個事實--定律在時間方向顛倒的情況下必須改變，也即科學定律不服從T（時間）對稱！

　　雖然看似牢不可破的對稱守恆已經終結，但我們對宇宙的疑問也得到了合理的解釋。由於量子力學和相對論的不服從上述對稱，在大爆炸及宇宙早期的膨脹過程中，雖然粒子成對產生，但粒子向其它種類轉變時是不對稱的--反電子變成夸克要比電子變成反夸克容易，於是早期宇宙產生的粒子中夸克和電子的數目就多於反夸克和反電子。當反夸克和反電子找到"同伴"並與之湮滅後，宇宙中過剩的夸克和電子就留了下來，組成了我們今天看到的宇宙以及我們自己。

　　在這裡簡單介紹一下夸克。夸克是構成質子、中子等"基本粒子"的更小粒子，它們有六種"味"--上、下、奇、魅、底、頂，每種味又具有三種"色"--紅、綠、藍。每個質子或中子由三個夸克組成，每個夸克一種顏色。一個質子包含兩個上夸克和一個下夸克;而一個中子包含一個上夸克和兩個下夸克。奇夸克、魅夸克、底夸克、頂夸克也可以構成粒子，但這些粒子質量都較大，會很快衰變為質子或中子。

　　夸克之間由強相互作用力束縛在一起，這種力由一種叫做膠子的粒子攜帶。強力有一種叫做"色禁閉"的古怪性質，它總是將粒子結合為無色的狀態。例如一個紅夸克只能和一個綠夸克以及一個藍夸克結合在一起（紅+綠+藍=白）。因此我們不能得到單獨的夸克。另一種可能性是夸克和反夸克相結合在一起（紅+反紅=白，余類推），這種粒子被稱為介子。介子是不穩定的，因為正反夸克會湮滅而產生電子和其它粒子。膠子也有顏色，因此我們只能看到由幾個膠子組成的被稱為膠子團的不穩定粒子。

　　色禁閉既然使我們不能看到單獨的夸克或膠子，那麼把夸克和膠子作為單獨的粒子來研究就有點想象的成分了。事實上，如果在高能的狀態下，強力相對來講變得弱得多，夸克和膠子的行為就會象自由粒子那樣了。科學家們也的確拍到了高能粒子碰撞後釋放出來的自由夸克。

　　1981年在梵蒂岡舉行的一次宇宙學會議上，教皇作了演講。他宣稱："大爆炸之後的宇宙演化是可以研究的，但我們不應該去過問大爆炸本身，因為那是創生的時刻，因而是上帝的事務。"

　　然而奇點定理的真正意義在於指出了引力場必然會強到某種程度，使我們不能再忽視量子力學的效應。當採用量子力學的觀點來研究奇點理論時，以霍金為首的科學家們加入"虛時間"（用數學中的虛數計量的時間）的概念。虛時間是基於費因曼的"對歷史求和"原理。所謂"對歷史求和"是指粒子可以沿着任何時空中的任何路徑前進。該原理是從"測不準原理"推導出來的。

　　讓我們看看虛時間所揭示的情形吧。如果時空從一個奇點（例如"大爆炸"）開始向前發展，那麼它將沿着任何可能的路徑延伸，結果時空將形成一個封閉的曲面（例如球面）。時空將如同我們的地球一樣--當宇宙膨脹的最大尺度就是"時空赤道"，而大爆炸和大擠壓是"時空北極"和"時空南極"，這就形成了一個有限但無界的曲面。它們如同地球的南北極一樣，雖然緯度為零，但比起地球上的其它點來說並沒有任何奇異之處。通常的科學定律在這裡同樣有效，我們不用針對奇點提出新的理論，因為量子力學中沒有任何奇點。

　　我們看到，在虛時間中，奇點消失了！

　　隨着黑洞向外輻射粒子，導致黑洞最終蒸發殆盡。它會形成一個微小的並且是自足的"嬰兒宇宙"。霍金研究發現，這種"嬰兒宇宙"可以從時空分岔中重新回到我們所在的區域，這種情形在我們看來則是物質落入黑洞中，並且從另一個黑洞中被輻射出來。雖然這些物質回到了我們的區域，但其形態已經完全不同，甚至其粒子的種類也大相徑庭，唯一相同的是它們的質量和能量。大爆炸和黑洞的周而復始就是宇宙的循環往復。

　　空間--時間形成一個在尺度上有限而沒有任何邊界的曲面，這個論斷對於上帝在宇宙事務中所扮演的角色非常不利。時空沒有邊界，也就沒有使科學定律失效的奇點，所以也我們不需要上帝來給定宇宙的定律和邊界條件--因為宇宙的邊界條件就是"沒有邊界"！正如霍金教授精闢的指出：

　　"宇宙是完全自足的，而不被任何外在於它的東西所影響。它既不被創生，也不被消滅。它就是存在！"

（十四）結篇：物理學的未來--大統一理論

　　科學家們一直試圖尋找一個單一的理論來完整的描述我們的宇宙，這是愛因斯坦的夢想，他晚年的致力於這方面的工作，但是由於當時的科學條件，他的夢想沒有實現。愛因斯坦拒絕相信量子力學的真實性，雖然他在量子力學的建立和發展中起了極其重要的作用。他難以接受"測不準原理"，並認為"上帝不會擲色子"。然而霍金聲稱：愛因斯坦錯了--量子力學是宇宙理論的一部分，上帝的確是在擲色子！

　　有人說：如果愛因斯坦的最後十五年在太平洋的一個小島上釣魚，那麼對當代物理學沒有絲毫的影響。不錯，愛因斯坦最後階段的研究離開了主流的研究方向，他在自己的研究中實現自己的理念。他在晚年無不遺憾地對好友說："看來這項工作我完不成了……"但世人仍然為他的精神所感動！而現在看來，大統一理論已經初見端倪。科學家們已經在實驗中證明，在大於100吉電子伏的能量下（這個能量被稱為"弱電統一能量"），弱力和電磁力之間的差別完全消失！同時科學家們預測，當能量更大時（大約在一千萬億吉電子伏）--我們稱為大統一能量--強力、弱力、電磁力的差別將消失，這三種力的統一就是"大統一理論"。

　　但這還不夠，因為引力場和這三種力尚不協調，或者說廣義相對論和量子力學尚不完全協調。對黑洞和大爆炸的研究，已經使我們掌握了很多這方面的知識，霍金教授對於找到終極理論表示了謹慎的樂觀。也許我們有機會看到用一組單一的方程來描述整個宇宙。