前言：

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【编者按】

卡洛【luò】·罗韦【wéi】利，意大【dà】利理论物理【lǐ】学家【jiā】，圈【quān】量子【zǐ】引力【lì】理论的开创者之一【yī】，著有畅销【xiāo】科普作品《七堂【táng】极简【jiǎn】物理课》《科学的诞生》等。在《白洞》一书中，罗韦利邀【yāo】请我们进入黑洞内部，我【wǒ】们将经【jīng】过黑洞的中心，绕开恒【héng】星的残骸，来到时间与【yǔ】空间终【zhōng】结之处——白洞诞生的【de】地方【fāng】。白洞【dòng】是黑洞的反演？从黑洞【dòng】进【jìn】去的东西会从白洞出来【lái】？跨过奇点，越过时间的尽头，会发生什么？

本文摘自《白洞》，澎湃新闻经博集天卷授权发布。

不，我【wǒ】们得先从黑【hēi】洞说起。要想【xiǎng】了解什么【me】是【shì】白洞【dòng】，我们必须先弄清什么是【shì】黑洞。那么，什么是黑洞？

第一个出错的是爱因【yīn】斯坦。1915年，经过十年疯狂而绝望的研究【jiū】，爱因【yīn】斯【sī】坦发表【biǎo】了【le】广义相对论【lùn】的【de】最终方【fāng】程。广义相对论是他【tā】最重要的理论，如【rú】今，全世界【jiè】的大学都在讲【jiǎng】授这一理论。

仅【jǐn】仅几周后，他就【jiù】收【shōu】到一位年轻同僚卡尔·施瓦西的来信，卡尔当【dāng】时还是【shì】个德国陆军中【zhōng】尉，几个月【yuè】后他在东线战争的【de】磨难中死【sǐ】去。

这封信【xìn】以几句【jù】极美的话结尾：“正如您看【kàn】到的那样，尽【jìn】管交火声连绵不断【duàn】，但【dàn】战争还是善待了【le】我，让我能够【gòu】暂时远离这一切，到您的【de】思想之地漫【màn】步。”

施瓦西漫步于爱因斯【sī】坦的思想之地，得出了爱【ài】因斯坦刚刚发表的【de】方程【chéng】的精【jīng】确解。此时正【zhèng】是东线战事的【de】间【jiān】隙，他身边是德国【guó】和俄国年轻人【rén】的尸体，这【zhè】些【xiē】人被人类的愚昧所害，这种愚昧在过去和现在同样肆【sì】虐【nuè】——为争夺边【biān】界而死，还【hái】有比这更愚昧【mèi】的事吗？

这些方程（我的小书《七堂【táng】极【jí】简【jiǎn】物理课》中的唯一一【yī】个公式）一度困扰着【zhe】爱因斯坦。我们【men】在爱【ài】因斯坦此前的一系列文章中都能看到它们的踪迹，每【měi】篇文章【zhāng】里都【dōu】包含方【fāng】程的【de】不同版本，而且全都是【shì】错的。如果一个人【rén】没有勇气【qì】发【fā】表【biǎo】错误的东西【xī】，他就成不了爱【ài】因斯坦。

1915年，方程终于【yú】有了正【zhèng】确的版本。在随【suí】后的几十【shí】年里，这些方程征服了物理学家，使他【tā】们修正【zhèng】了关于【yú】空间和时间性质的观【guān】点，认识【shí】到在【zài】山上的时【shí】钟比在平原上的【de】时【shí】钟走【zǒu】得快，宇宙在膨胀，世上存在空【kōng】间波，诸如此类。我们【men】今【jīn】天用来研究宇【yǔ】宙【zhòu】的方程，或许是物理学中最美丽【lì】的方程。

接【jiē】下来，我们将【jiāng】与这些方【fāng】程【chéng】建立紧密而复【fù】杂的关系。它们将成为我们的向导【dǎo】，就像《神曲》里的维吉尔之于【yú】但丁那样，因【yīn】为这些方程以最【zuì】好的方式【shì】概括了【le】我们对空【kōng】间、时【shí】间和引力的理解。它们是我们用来理解【jiě】这【zhè】一【yī】切的工具。它们【men】告【gào】诉我们在黑【hēi】洞边【biān】缘和黑洞内部【bù】会发【fā】生什【shí】么【me】。它【tā】们告诉我们【men】什么是白洞。它们【men】为我【wǒ】们指明了穿越奇景的【de】路。但是，我准备讲述的故事另有目的，我想【xiǎng】走到这【zhè】些方【fāng】程不再起作用的【de】地方，看看会发生什么。我【wǒ】想走到需要抛弃【qì】这些方程的【de】地方。科学就是这样【yàng】。

在故【gù】事的中【zhōng】途，我【wǒ】们【men】不得不脱【tuō】离【lí】这些方程提供【gòng】的令人心安的指引，接受【shòu】更甜蜜之物的诱惑【huò】。但丁在他旅程的中途也是如此：他离开了维【wéi】吉【jí】尔，被【bèi】更甜蜜的事物俘获。

让我们【men】回到【dào】施瓦西。他在给爱因斯【sī】坦的【de】信中得出【chū】的解，如今已被写入所有大学的教科书中。这个解描述【shù】了空间和时间【jiān】如何在质量体（例【lì】如地【dì】球或【huò】太【tài】阳）周围发生变化。是【shì】引力【lì】的作用使空间和时间弯曲（我【wǒ】稍后将【jiāng】对此【cǐ】做进【jìn】一【yī】步阐释）。正是这种空【kōng】间和时间的弯【wān】曲导致物【wù】体向地球坠落，行【háng】星围【wéi】绕太【tài】阳旋转。这就是引力背后的原理。

施瓦西研究【jiū】的问题是，在地球或太阳这般质【zhì】量的【de】物【wù】体周【zhōu】围，物体是如何受其引【yǐn】力【lì】影响而运动的【de】。三个世纪前【qián】，牛【niú】顿正是通过对这【zhè】个问题的【de】研究，为【wéi】现代科学开拓了道路。爱因斯坦和【hé】施瓦【wǎ】西纠正了【le】牛【niú】顿的错误，改进了牛【niú】顿关于【yú】物体【tǐ】如【rú】何围绕质量体运动的预测。

然而【ér】，施瓦西找到的解不仅对【duì】行【háng】星的运动做【zuò】了一些微小的修正，还【hái】预言了一些【xiē】全新的、非常奇怪的东西。如果质量体极其【qí】紧密，其周围就会形成一层外壳，一个球形表【biǎo】面。在这里，一切都【dōu】会变得奇异【yì】无比【bǐ】：靠近每个质量体时都会变慢【màn】的时钟，在这里甚至会停下【xià】来【lái】。时间静【jìng】止了，它不再流【liú】逝。空间【jiān】会沿着质量体的方向延【yán】伸，仿佛一个长长的漏斗。而【ér】在这个奇异的球形表面上，空【kōng】间【jiān】的延伸变【biàn】成【chéng】了【le】空间【jiān】的撕裂，紧靠【kào】着它的点已经【jīng】无【wú】限遥远【yuǎn】。

静止的【de】时间，撕裂的空间【jiān】……这一切听起来【lái】既【jì】离奇又【yòu】不着边际。爱因斯坦理【lǐ】所当然地得出结论【lùn】：“这不合理，这种荒谬的表面【miàn】在【zài】现实中不可【kě】能存在。”

事实【shí】上，经过【guò】计算，我们可【kě】以发现【xiàn】，要形成【chéng】这样一【yī】个表面，我们就必须以极端的【de】方式挤【jǐ】压一个质量体【tǐ】。例如，如【rú】果【guǒ】要在地球【qiú】周围【wéi】形【xíng】成这样一个【gè】表面，我们就必须把整个地球挤压到【dào】一个【gè】乒乓球的大小！简直荒谬。爱因斯坦总结道：“这一切毫无意义，你不【bú】可能把质量体压【yā】缩【suō】到足以形成这种奇【qí】异外壳的【de】程度。”

但是他错了。他对自己的方【fāng】程【chéng】没有足够的信心，他没有【yǒu】勇气相信自己理论的奇【qí】特【tè】暗示。我【wǒ】们现在【zài】已经知道【dào】，被压缩到这种程【chéng】度的质【zhì】量【liàng】体【tǐ】是存【cún】在的。天空中存在着亿【yì】万个这样的【de】质量体，它们【men】就是黑洞。

天【tiān】文学家【jiā】已经发现了一些【xiē】尺寸【cùn】达到几公【gōng】里的黑洞，还【hái】有像【xiàng】整个太阳系【xì】那么大【dà】的黑洞【dòng】。理论上【shàng】可能也存在小型黑【hēi】洞（跟乒乓【pāng】球一样大）或者极【jí】小的黑洞【dòng】（像头发丝一样轻【qīng】），但是到目前为止，我们还没有观测到任何小【xiǎo】型黑洞。

天空【kōng】中绝【jué】大多数可【kě】被观测到【dào】的黑洞都【dōu】源自燃烧完的恒星。它们都是大型恒星，非常重，如【rú】果【guǒ】不是【shì】因为在燃烧，它们的【de】重【chóng】量甚至会把自身压【yā】碎【suì】。恒星燃【rán】烧自身的【de】主要成【chéng】分氢，把氢变成氦。燃烧产生的热量【liàng】会产生一种压力，抵【dǐ】消【xiāo】恒星的重量，避免它被自己的重量压【yā】碎。就【jiù】这样，恒星能够持【chí】续存在数十亿年。

然而，没有【yǒu】什【shí】么事物是永恒【héng】的。最终，氢消【xiāo】耗殆尽，全部变成【chéng】了【le】氦和其【qí】他无法燃烧的灰烬，此时的恒星就像一辆【liàng】耗尽了汽油的汽【qì】车。恒星的温【wēn】度下降，重量【liàng】开【kāi】始占据【jù】上风。在【zài】引力的【de】作用下，恒星粉【fěn】身碎骨。

大【dà】型恒星的引【yǐn】力极大【dà】，哪怕最【zuì】坚硬的岩石【shí】也无【wú】法承受。没有任何【hé】东西能阻止恒【héng】星的坍缩，于是恒星沉入了它的【de】视界。一个【gè】黑洞形成【chéng】了。

《白洞【dòng】》，[意]卡洛【luò】·罗韦利著，湖南科学技【jì】术出版社2024年【nián】4月。

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