14-1、霍金輻射

1900年，普朗克提出了黑體輻射定律：在任意大于絕對零度的溫度下，從一個黑體中發(fā)射出的電磁輻射，輻射功率和溫度的四次方成正比。黑體輻射定律證明：任何物體，只要其溫度大于絕對零度，就會向周圍釋放輻射，同時也從周圍吸收輻射。

黑洞是一個萬有引力極大的地方，是指時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。光不能從黑洞中逃逸出來，也就說是黑洞輻射不出電磁波，不發(fā)生熱輻射。如果黑洞沒有熱輻射的話，除非它的溫度是小于等于絕對零度的，以及是沒熵增的；事實上黑淍在不斷的吸收周圍的物質(zhì)，這樣的話黑洞將違返全部的熱力學(xué)定律。所以，它不可能沒有熵增，其溫度更不可能小于絕對零度。因此黑洞必然是要釋放黑體輻射的，但其視界內(nèi)的逃逸速是大于光速的，那么黑淍釋放黑體輻的機制是什么呢？

1974年，霍金提出了“霍金輻射”，解釋了黑洞釋放黑體輻射的機制：由不確定性原理推導(dǎo)出來的量子虛空漲落是被實驗證實過的。虛空中隨機的、頻繁的發(fā)生著量子漲落。在黑洞事件視界的邊界附近，由于黑洞引力場的強度是大于電磁波的逃逸速度的，虛空中產(chǎn)生出的虛粒子對就有很大的機率會被黑洞扯開，而不是湮滅。其中一個跌入事件視界，另一個被彈出事件視界提升為實粒子。這個實粒子就相當(dāng)于是憑空產(chǎn)生的能量，這樣就違反能量守定律了。其實不然，原本虛空中的量子漲落是偶然借得能量產(chǎn)生出虛粒子對，然后瞬間湮滅釋放能量，又把能量還回去了，不違返能量守恒定律；之前我們說過要從虛空中獲得實粒子，就必須要有額外的能量補充到虛空中去，所以黑洞把一對虛粒子轉(zhuǎn)化為了實粒子，那么它就一定是提供了一定的能量還回到了虛空中去；而其中的一個實粒子逃出了黑洞，所以黑洞是付出了兩個粒子的能量，卻只獲得了一個粒子，因此黑洞的質(zhì)量就減少了。無論逃逸出去的那個是正粒子還是反粒子，黑洞都是減少一個粒子的質(zhì)量。黑洞通過與虛空量子漲落的相互作用把質(zhì)量散失到了虛空中去。霍金輻射不但解釋了黑洞熱輻射的問題，同時還提供了質(zhì)量轉(zhuǎn)化為虛空的途徑。“霍金輻射”是霍金為天體理學(xué)做出的最大貢獻(xiàn)，霍金完全稱得上是二十世紀(jì)末最偉大的物理學(xué)家。

14-2、空間

宇宙是被各種粒子對應(yīng)的場充滿了全空間的。宇宙中沒有絕對的真空，所謂的空間就是量子場、就是虛空，就是處于一種比粒子（質(zhì)量）更低能級的能量。所以空間，就是能級處于零點的能量。因此，空間是能量，是物質(zhì)，是實體，是實存。

奇點爆炸，能量被激發(fā)到超強輻射的激發(fā)態(tài)，瞬間全維度擴散。全維度，是指任何的空間獨立坐標(biāo)上。因為一切的時間、空間、維度都是大爆炸產(chǎn)生的，所以奇點的能量一定是全維度擴散的。奇爆炸所產(chǎn)生的能量輻射，其強度之高、速度之快，我們是無法想象的，只能用“瞬間摧毀一切”，“完全碾壓光速”這樣的詞匯來進(jìn)行大概的形容，我們所能夠想象到的所有能量爆發(fā)的總和，或許都不及奇點爆炸的千萬分一。

奇點爆炸的瞬間，它就不再是奇點了，我們已知的物理規(guī)律就完全適用了。能量全維度擴散的過程，就是能量由高向低的傳遞過程。由于一切都是奇點爆炸生成的，那么奇點爆炸之前就是絕對的0態(tài)，絕對的0度，所以奇點爆炸之后，能量是從最高的激發(fā)態(tài)直接向絕對零度傳遞的。因此，隨著能量的擴散，溫度會大幅的下降；但速度卻不會減慢，因為沒有任何其它的存在，所以能量輻射的方向不會被改變。這樣就形成了宇宙最初的一個激發(fā)態(tài)的，高速膨脹的能量場。

當(dāng)宇宙溫度降到一定的程度，據(jù)說大爆炸四分鐘之后，粒子就可以存在了。此時，批量的量子落會加速宇宙的膨脹。加速膨脹的能量場，比黑洞的引力場要強大的得多。能量場的加速度完全可以把虛粒子對扯開，提升為實粒子。在某個區(qū)域里正粒子比反粒子多的話，經(jīng)過湮滅之后剩下來的就都是正粒子了，然后就可以演化出我們這樣的一個小宇宙；反之在某個區(qū)域里若反粒子比正粒子多的話，經(jīng)過湮滅之后剩下的就都是反粒子，然后就可以演化出一個與我們這個宇宙完全相反的反物質(zhì)世界。物質(zhì)宇宙和反物質(zhì)宇宙不可能存在于同一個低光速可到達(dá)的范圍之內(nèi)，也就是說除了光子以外，物質(zhì)宇宙和反物質(zhì)宇不可以發(fā)生任何的物質(zhì)交換，否則它們就互相湮滅，不復(fù)存在了。因為光子可以分解為一個正電子和一個反電子，所以物質(zhì)和反物質(zhì)發(fā)出來的光都是一樣的，物質(zhì)宇宙和反物質(zhì)宇宙是可以交換光子的。

宇宙的膨脹速度，在不同的階段，不同的宇宙區(qū)域都是不盡相同的。目前以地球為參照系，根據(jù)哈勃定律我們測算出的宇宙膨脹速率約為68～70km/s/Mpc（千米每秒每百萬秒差距）。如果相距100億秒差距，即326億光年，宇宙膨脹速度將會達(dá)到70萬千米/秒，這個速度已經(jīng)達(dá)到了光速的2.3倍。也就是說如果我們現(xiàn)在從地球上發(fā)出一束光，在宇宙膨脹不減速的情況下，將永遠(yuǎn)不可能到達(dá)現(xiàn)在距離我們180億光年遠(yuǎn)的地方。因為那個地方在以超過光速的速度與我們遠(yuǎn)離，光永遠(yuǎn)也不可能會追上。但本篇開始的時候卻說我們最遠(yuǎn)能夠觀測460億光年遠(yuǎn)物質(zhì)，其實這個距離正是根據(jù)宇宙膨脹速率算出來的，指的是我們接收到的距離我們最遠(yuǎn)的光的光源，由于宇宙膨脹的原因現(xiàn)在與我們的距離拉到了460億光年，而并不是指它在發(fā)出這束光的時候的距離。

基于我們目前所撐握的宇宙膨脹速度，物質(zhì)宇宙和反物質(zhì)宇宙當(dāng)下相距約100億光年（這個距離應(yīng)該是足夠了吧，其實我不會算，只是預(yù)估的）的話，它們之間就沒有可能會發(fā)生物質(zhì)交換，就不會互相湮滅了。而在我們的可觀測宇宙、直徑920億光年的范圍之內(nèi)，曾今都是處于同一個低光速范圍之內(nèi)的，所以是不可能存在反物質(zhì)宇宙的。

奇點爆炸，并且在之后的降溫和加速膨脹的過程中，其中一部分的能量轉(zhuǎn)化為了實粒子，剩下的大部分能量最終都無限逼近于絕對零度，降到了零點能，成為了虛空，就是我們所謂的空間?？臻g的邊界向著絕對真空、絕對零度無限制的傳遞能量。根據(jù)熱力學(xué)第零定律，整個宇的空間，也就是全部的虛空是要達(dá)到熱平衡的。宇宙邊界之外是絕對零度，所以宇宙邊界就是無限逼近絕對零度的，那么宇宙空間就也是無限逼近絕對零度的；所以空間能量的傳遞方向就是單一的，朝著宇宙邊界的；所以空間是會無限膨脹的。這就是空間膨脹的主要原因，是由能量梯度造成的，是熱力學(xué)第二定律的規(guī)則，根本不需要什么“暗能量”的推動。

至于膨脹速度之快，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越光速的原因，一部分是因為奇點爆炸之初的初始速度的慣性以及創(chuàng)生粒子時的再次加速；另一部分是能量從最強激發(fā)態(tài)直接向絕對零度跌落的速度我們并不知道，可能也是非常之快的。綜合種種原因空間超光速膨脹才是正常的，不超光速的話反而是不正常的?；谀壳拔覀兲綔y到零點能的溫度已經(jīng)接近絕對零度了，也就意味著我們所處的位置和宇宙邊界的零點能的溫度相差并不大，空間能量的分布已經(jīng)非常平均了，也就是說空間的能量梯度已非常之小了，所以我們所測算出的宇宙膨脹帶速率，可能已經(jīng)是大幅減速之后的膨脹速率了。

根據(jù)熱力學(xué)第三定律，絕對零度不可到達(dá)。所以宇宙邊界向外擴散的速度，雖然永遠(yuǎn)不可能是0，但會無限接近于0。因此，空間膨脹理論上是無限的，但最終會受制于相對的熱平衡，速度越來越慢，直至幾乎不再膨脹，成為一個穩(wěn)恒態(tài)的宇宙空間。

注意：我們所說的宇宙膨脹僅是指空間，也就是虛空的膨脹。前面我們分析過可能存在一種“規(guī)范玻色子禁錮原理”，粒子界，也就是物質(zhì)界跟零點能（空間）除了黑洞之外，沒有直接的能量交換。所以無論空間如何的膨脹或者收縮都不會對物質(zhì)界的能量狀態(tài)造成直接的影響，只能改變物質(zhì)的空間位置，或者因此會間接的影響物質(zhì)界的能量狀態(tài)。比如星系相撞。原本空間高速膨脹，一切物質(zhì)被空間攜帶著朝著一個方向高速運行，星系是沒有機會能碰到一起的；但是已知目前的空間能量分布非常平均，而且接近絕對零度，也就是說空間幾乎已停止了膨脹；但星系仍然保持著之前的慣性，由于星系中心的黑洞與空間有著質(zhì)量交換，這樣黑洞質(zhì)量的大小不同，就造成了星系慣性不同程度的改變，因此，星系就有可能會撞到一起了。

14-3、時間

“空間”是實存的，能級處于零點的能量；但至今也沒有確實的證據(jù)能支持“時間”是實存的?，F(xiàn)實世界中們找不到任何能與“時間”相對應(yīng)的對像，“時間”仍然是一個沒外延的空概念。

世界上第一個對“時間”做科學(xué)探索的是伽利略。雖然“時間”仿佛伴隨著人類的誕生就是一直存在的，人們天生就有一種時間的觀念，習(xí)慣于把事物的運動理解為是某種前因后果的時間秩序。認(rèn)為一切事物都是沿著時間線而發(fā)展變化的，事物就是因時間的變化而發(fā)生變化的。

傳說伽利略一次在比薩的大教堂里觀察一盞擺動的蠟燭吊燈，發(fā)現(xiàn)吊燈每擺動一次的過程中他的心跳次數(shù)都是一樣的。所以他得出，吊燈每次擺動的時間也都是一樣的。于是，他自己動手做了一個時鐘，他發(fā)現(xiàn)不管大小，鐘擺擺動的時間間隔都是一樣的，所以只要簡單的數(shù)一下鐘擺擺動的次數(shù)，就可以算出時間。因此，伽利略得出：時間就是鐘擺的擺動次數(shù)。這種想法看似顯而易見，但直到伽利略才發(fā)現(xiàn)，在他之前的人從未想到。

幾年以后，鐘擺式時鐘已經(jīng)普及，醫(yī)生們開始用鐘表來測量病人的脈搏。當(dāng)初伽利略是用自己的心跳來確定鐘擺的，可現(xiàn)在醫(yī)生們卻反過來用鐘擺確定病人的脈搏。那么到底是心跳或者脈搏的跳動次數(shù)是時間呢？還是鐘擺擺動的次數(shù)才是時間？這不就是循環(huán)定義的邏輯錯誤嗎？

這意味著時間本身從未被測量過，被測量的從來都是變量，用一個變量去和另一個變量做比較，得出來的僅僅只是一個函數(shù)，純數(shù)學(xué)的、沒有物理意義。但是，當(dāng)時的物理公式都是在“時間”這個變量的基礎(chǔ)之上建立的。這些公式告訴人們事物是怎樣因時間而變化的，從中還可以求出這些變量相互發(fā)生的變化，然后再與觀察結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)這些公式預(yù)測的都是正確的，那么這個模式就是完善的。盡管時間本身不能直接測量，但它卻隱藏在全部事物的背后。因此，“時間存在”與其說是觀測結(jié)果，更不如說是一種假設(shè)。

牛頓意識到這正是要做的事情，他很肯定的斷言：我們不能測量真正的時間，不過如果我們假設(shè)時間存在就可以建立起一套非常有效的架構(gòu)來理解和描述大自然。于是牛頓建立了時間與空間都是獨立存在的、分別具有絕對性的“絕對時空觀”：時間與空間的度量與慣性參照系的運動狀態(tài)無關(guān)，同一物體在不同參照系中觀察到的運動學(xué)量可以通過伽利略變換而互相聯(lián)系。這就是力學(xué)相對性原理：一切力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下是不變的。

后來，愛因斯坦的電動力學(xué)和黎曼幾何運動力學(xué)，完全顛覆了牛頓的絕對時空觀。在相對論中，時間與空間是同一的、不可分割的，并且不具有絕對性。相對論不再需要伽利略變換，在任何參考系中物理定律都取相同的形式，也就是說物理定律是絕對，時空反而是相對的。牛頓與愛因斯坦其實沒有本質(zhì)上的區(qū)別，只是選取的參照系不同而已。牛頓是以時間和空間為參照系的，把時間和空間看做是絕對的，用來度規(guī)時間、空間內(nèi)的物質(zhì)運動；愛因斯坦是以光速為參照系的，光速是恒定不變的，用光速來度規(guī)時空和物質(zhì)的運動。因此，牛頓的時空觀就是絕對的、平直的；愛因斯坦的時空觀就變成相對的、彎曲的了，只有光是恒定的、平直的?；蛟S因為光速恒定確實是客觀真實的，所以相對論比牛頓力學(xué)對客觀世界具有更普遍的適用性和更精確的預(yù)言性。但是對于“時間存在”的問題相對論比牛頓力學(xué)并沒有突破性的進(jìn)展，仍然是假設(shè)的客觀存在。

量子力學(xué)建立之后發(fā)現(xiàn)，在微觀粒子界牛頓力學(xué)完全失效了，所以絕對時空觀也就宣告瓦解了。相對論在量子力學(xué)中仍然是舉足輕重的，但相對時空觀卻地位不保了。在量子力學(xué)中，“時間”是一個完全可以剔除掉的概念，只要建立起一個變量與另一個變量的某些值相吻合的公式，就可以說明變量之間是如何相互變化的，根本不需要用“時間”來聯(lián)接粒子與粒子之間的關(guān)系。

客觀世界的運行是不需要時間的，曾經(jīng)物理學(xué)做出“時間客觀存在”的假設(shè)，只是因為對物質(zhì)世界的認(rèn)識不夠深刻。經(jīng)典力學(xué)用時間和空間來度規(guī)物質(zhì)運動（狀態(tài)變化）的速度；相對論描述的是物質(zhì)運動與空間的關(guān)系，度規(guī)質(zhì)量成為了空間的一種本質(zhì)屬性，時間已經(jīng)不能獨立存在，降格為了空間的另一個屬性；量子力學(xué)則完全不需要時間、空間或者是時空的存在，直接以物質(zhì)（量子場）描述物質(zhì)的運動。

時間、空間或者時空不是客觀存在，人腦可能很難接愛這種觀念。由于人腦的功能是有限的，不可能瞬間接收到全部的信息，更不可能瞬間就完成對全部信息的加工處理，所以人腦接收和加工處理信息的過程必然存在著量和速度的局限性。而對這種局限性的感知就產(chǎn)生了“時間”的觀念。

生物的神系中樞統(tǒng)接收處理信息的最小量和最大速度，物理學(xué)上是用“閃光融合臨界頻率”來描述的，是反映神經(jīng)中樞系統(tǒng)機能狀態(tài)的一個重要指標(biāo)。亦稱為“閃爍臨界頻率”、“臨界融合頻率”或“閃光融合頻率”。當(dāng)我們看一個間歇頻率較低的閃光時，得到的是明暗交替的閃爍感覺，當(dāng)斷續(xù)的閃光間歇頻率增加，人們看到的將不再是閃爍的光，而是穩(wěn)定的連續(xù)的光，這種現(xiàn)象就叫做“閃光融合”。反映的就是神系統(tǒng)對一個最小信息量——閃光的接收和辯識速度。神經(jīng)中樞系統(tǒng)能夠辯識的閃光的頻率越高，說明處理信息的速度就越快，相對而言時間就會流逝的越慢。在地球生物界中，相同物種間的閃光融合頻率通常是沒有差異的，即便有也是極其微弱的；但微弱的差異就足以給生物個體帶來巨大的優(yōu)勢（劣勢）。比如《最強大腦》中的王昱珩，他的閃光融合頻率或許就比普通人高一點，所以他的視覺靈敏度對于普通人來說就是神一般的存在；但他在使用電子設(shè)備時也并沒有生產(chǎn)與普通人不一樣的感覺（電子設(shè)的閃光頻率一般在55～60赫茲），說明他的閃光融合頻率與普通人的差異還是非常小的。

然而不同物種間閃光融合頻率的差異就比較大了，據(jù)日本神經(jīng)生物學(xué)家羽倉信宏的研究，體重越輕、體型越小的動物，其閃光融合頻率就會越高。棱皮龜體重350千克，只能感受到14赫茲的閃光；人最多可以感受到60赫茲的閃光；短耳鸮可以感受到69赫茲的閃光；狗是80赫茲；加利福尼亞金背黃鼠體重200克，可以捕捉119赫茲的閃光；蒼蠅的閃光融合頻率高達(dá)250赫茲……

其實我們并不知道其它動物是否有“時間”的關(guān)觀念，也就是是否可以感知到其自身的神經(jīng)中樞系統(tǒng)的局限性，但是很確定我們?nèi)祟愂强梢愿兄降模蕴焐陀袝r間觀念的。人類以自身做為參照系，閃光融合頻率比我們高的，我們就會認(rèn)為它的時間會比我們更慢，反之則更快。因此，“時間”其實就是人腦用來衡量神經(jīng)中樞系統(tǒng)處理單位信息量的速度的一個標(biāo)量。就像“溫度”一樣，只是描述分子動能的一個標(biāo)量，沒有實在意義。

14-4、時空彎曲

根據(jù)廣義相對論時間與空間同一的概念，如果時間不存在的話，那么空間也是不存在的。量子力學(xué)確實也不需要廣義相對論那樣的一個引力場，取而代之的是量子場。量子場是一種物質(zhì)，是能量；并不是傳統(tǒng)意義上的時間、空間或者時空。我所謂的空間（虛空）就是指量子場這種物質(zhì)，能量的零點能狀態(tài)。因此，時間是空無的，空間是實在的。

由于四大基本力還不能統(tǒng)一，量子力學(xué)對宏觀世界的描述還不是很方便。所以對宏觀世界的理解，我們?nèi)匀谎佑孟鄬φ摰臅r空觀。相對論其中的一個前提假設(shè)是光速恒定，所以時空坐標(biāo)必然不是一個常量，即便經(jīng)過合同變換也不能成為常量，所以時空必然是彎曲的。愛因斯坦指出：物理空間不是一種抽象空間，而是受物質(zhì)（能量）所制約的，即物理空間有一種為度規(guī)張量所規(guī)定的幾何，它本身受宇宙中物質(zhì)（能量）的分布所支配。這種幾何學(xué)可以說已經(jīng)包含了物質(zhì)分布的性質(zhì)，所以空間在微分（或仿射）幾何學(xué)的意義上是被彎曲了的。

在廣義相對論中，時空本身具有一種度規(guī)張量，而物質(zhì)的分布使時空的這種度規(guī)張量的性質(zhì)得以體現(xiàn)。由于物質(zhì)質(zhì)量多少的不同，就造成了時空曲率的差異，質(zhì)量越大則時空曲率越大，時空曲率與物質(zhì)質(zhì)量成正比。但是天文學(xué)家在觀測星系運行的過程中發(fā)現(xiàn)，星系周圍的實際時空曲率比星系內(nèi)所有天體的質(zhì)量總和應(yīng)該造成的時空曲率更大；同時也發(fā)現(xiàn)星系遠(yuǎn)端的天體運行速度太快，完全超出了星系中心質(zhì)量引力的束縛，但實際上星系遠(yuǎn)端的天體卻沒有逃逸出星系之外。于是就認(rèn)為星系中還有不可見的“暗物質(zhì)”提供了質(zhì)量，因而造成了更大的引力和時空曲率。之前已經(jīng)表述過，在不能直接測量黑洞質(zhì)量的情況下，只能以星系所處的時空曲率或者是星系遠(yuǎn)端的天體運動來計算星系的質(zhì)量。所以“暗物質(zhì)”的猜想根本是無事生非，時空曲率本來就應(yīng)該是這樣的。