因為能量不能無中生有，所以粒子反粒子對中的一個伴侶具有正能量，而另一個具有負(fù)能量。由于在正常情況下實粒子總是具有正能量，所以具有負(fù)能量的那一個粒子注定是短命的虛粒子。因此，它必須找到它的伴侶并與之相互湮滅。然而，因為實粒子要花費能量抵抗大質(zhì)量物體的引力吸引才能將其推到遠(yuǎn)處，一顆實粒子的能量在接近大質(zhì)量物體時比在遠(yuǎn)離時更小。正常情況下，這粒子的能量仍然是正的。但是黑洞里的引力是如此之強(qiáng)，甚至在那里實粒子的能量都可以是負(fù)的。因此，如果存在黑洞，帶有負(fù)能量的虛粒子落到黑洞里可能變成實粒子或?qū)嵎戳Ｗ?。這種情形下，它不再需要和它的伴侶相互湮滅了。它被拋棄的伴侶也可以落到黑洞中去?；蛘哂捎谒哂姓芰?，也可以作為實粒子或?qū)嵎戳Ｗ訌暮诙吹泥徑幼摺τ谝粋€遠(yuǎn)處的觀察者而言，它就顯得是從黑洞發(fā)射出來的粒子一樣。黑洞越小，負(fù)能粒子在變成實粒子之前必須走的距離越短，這樣黑洞發(fā)射率和表觀溫度也就越大。

    輻射出去的正能量會被落入黑洞的負(fù)能粒子流平衡。

    按照愛因斯坦方程E=mc2（E是能量，m是質(zhì)量，c為光速），能量和質(zhì)量成正比。因此，往黑洞去的負(fù)能量流減小它的質(zhì)量。隨著黑洞損失質(zhì)量，它的事件視界面積變得更小，但是它發(fā)射出的輻射的熵過量地補(bǔ)償了黑洞的熵的減少，所以第二定律從未被違反過。

    還有，黑洞的質(zhì)量越小，其溫度就越高。這樣，隨著黑洞損失質(zhì)量，它的溫度和發(fā)射率增加，因而它的質(zhì)量損失得更快。當(dāng)黑洞的質(zhì)量最后變得極小時會發(fā)生什么，人們并不很清楚。但是最合理的猜想是，它最終將會在一次巨大的，相當(dāng)于幾百萬顆氫彈爆炸的輻射暴中消失殆盡。

    一個具有幾倍太陽質(zhì)量的黑洞只具有一千萬分之一度的絕對溫度。這比充滿宇宙的微波輻射的溫度（大約2.7K）要低得多，所以這種黑洞的輻射比它吸收的還要少。如果宇宙注定繼續(xù)永遠(yuǎn)膨脹下去，微波輻射的溫度就會最終減小到比這黑洞的溫度還低，它就開始損失質(zhì)量。

    但是即使到了那時候，它的溫度是如此之低，以至于要用100億億億億億億億億年（1后面跟66個0）才全部蒸發(fā)完。這比宇宙的年齡長得多了，宇宙的年齡大約只有100至200億年（1或2后面跟10個0）。另一方面，正如第六章提及的，在宇宙的極早期階段存在由于無規(guī)性引起的坍縮而形成的質(zhì)量極小的太初黑洞。這樣的小黑洞會有高得多的溫度，并以大得多的速率發(fā)出輻射。具有10億噸初始質(zhì)量的太初黑洞的壽命大體和宇宙的年齡相同。初始質(zhì)量比這小的太初黑洞應(yīng)該已蒸發(fā)完畢，但那些比這稍大的黑洞仍在輻射出X射線以及伽馬射線。這些X射線和伽馬射線像光波，只是波長短得多。這樣的黑洞幾乎不配這黑的綽號：它們實際上是白熱的，正以大約1萬兆瓦的功率發(fā)射能量。

    一個這樣的黑洞可以開動10個大型的發(fā)電站，只要我們能夠駕馭黑洞的功率就好了。然而，這是非常困難的：這黑洞把和一座山差不多的質(zhì)量壓縮成比萬億分之一英寸，亦即一個原子核的尺度還?。∪绻阍诘厍虮砻嫔嫌羞@樣的一個黑洞，就無法阻止它透過地面落到地球的中心。它會穿過地球而來回振動，直到最后停在地球的中心。所以僅有的放置黑洞并利用之發(fā)射出能量的地方是圍繞著地球的軌道，而僅有的使它圍繞地球公轉(zhuǎn)的辦法是，用在它之前的一個大質(zhì)量的吸引力去拖它，這和在驢子前面放一根胡蘿卜頗為相像。至少在最近的將來，這個設(shè)想并不現(xiàn)實。

    但是，即使我們不能駕馭來自這些太初黑洞的輻射，我們觀測到它們的機(jī)遇又如何呢？我們可以尋找太初黑洞在其主要生存期里發(fā)出的伽馬射線輻射。雖然大部分黑洞在很遠(yuǎn)以外的地方，從它們來的輻射非常弱，但是從它們?nèi)w來的總輻射是可以檢測得到的。我們確實觀察到這樣的一個伽馬射線背景：觀察到的強(qiáng)度隨頻率（每秒波動的次數(shù)）的變化。然而，這個背景可以，并且大概是由除了太初黑洞以外的過程產(chǎn)生的。如果每立方光年平均有300個太初黑洞，它們所發(fā)射的伽馬射線的強(qiáng)度應(yīng)如何隨頻率變化。因此可以說，伽馬射線背景的觀測并沒給太初黑洞提供任何肯定的證據(jù)。但它們明確告訴我們，在宇宙中平均每立方光年不可能有多于300個太初黑洞。這個極限表明，太初黑洞最多只能構(gòu)成宇宙中一百萬分之一的物質(zhì)。

    由于太初黑洞是如此稀罕，似乎不太可能存在一個近到我們可以將其當(dāng)作一個單獨的伽馬射線源來觀察的黑洞。但是由于引力會將太初黑洞往任何物體處拉近，所以它們在星系里面和附近應(yīng)該會更稠密得多。雖然伽馬射線背景告訴我們，平均每立方光年不可能有多于300個太初黑洞，但它并沒有告訴我們，太初黑洞在我們星系中有多么普遍。譬如講，如果它們的密度比這個普遍100萬倍，則離開我們最近的黑洞可能大約在10億千米遠(yuǎn)，或者大約是已知的最遠(yuǎn)的行星――冥王星那么遠(yuǎn)。在這個距離上去探測黑洞恒定的輻射，即使其功率為1萬兆瓦，仍是非常困難的。為了觀測到一個太初黑洞，人們必須在合理的時間間隔里，譬如一星期，從同方向檢測到幾個伽馬射線量子。否則，它們僅可能是背景的一部分。因為伽馬射線有非常高的頻率，從普朗克量子原理得知，每一伽馬射線量子都具有非常高的能量，這樣甚至輻射1萬兆瓦都不需要許多量子。而要觀測到從冥王星這么遠(yuǎn)來的這些稀少的粒子，需要一個比任何迄今已經(jīng)建造的更大的伽馬射線探測器。況且，由于伽馬射線不能穿透大氣層，此探測器必須放置到太空。

    當(dāng)然，如果一顆像冥王星這么近的黑洞已達(dá)到它生命的末期并要爆炸開來，很容易檢測其最后輻射暴。但是，如果一個黑洞已經(jīng)發(fā)射了100至200億年，不在過去或?qū)淼膸装偃f年里，而是在未來的若干年里到達(dá)它生命終點的可能性真是微不足道！所以在你的研究津貼用光之前，為了有一合理的機(jī)會看到爆炸，必須找到在大約1光年距離之內(nèi)檢測任何爆炸的方法。事實上，原先建造來監(jiān)督違反禁止核試驗條約的衛(wèi)星檢測到了從太空來的伽馬射線暴。這些每個月似乎發(fā)生16次左右，并且大體均勻地分布在天空的所有方向上。這表明它們起源于太陽系之外，否則的話，我們可以預(yù)料它們要集中于行星軌道面上。這種均勻分布還表明，這些伽馬射線源要么處于銀河系中離我們相當(dāng)近的地方，要么就在它的外圍的宇宙學(xué)距離之處，因為否則的話，它們又會集中于星系的平面附近。在后者的情形下，產(chǎn)生伽馬射線暴所需的能量實在太大，微小的黑洞根本提供不起。但是如果這些源以星系的尺度衡量和我們鄰近，那就可能是正在爆發(fā)的黑洞。我非常希望這種情形成真，但是我必須承認(rèn)，還可以用其他方式來解釋伽馬射線暴，例如中子星的碰撞。未來幾年的新觀測，尤其是像LIGO這樣的引力波探測器，應(yīng)該能使我們發(fā)現(xiàn)伽馬射線暴的起源。

    即使對太初黑洞的尋求證明是否定的，看來可能會是這樣，仍然給了我們關(guān)于極早期宇宙的重要信息。如果早期宇宙曾經(jīng)是混沌或不規(guī)則的，或者如果物質(zhì)的壓力曾經(jīng)很低，可以預(yù)料到會產(chǎn)生比我們由觀測伽馬射線背景設(shè)下的極限更多得多的太初黑洞。只有當(dāng)早期宇宙是非常光滑和均勻的，并有很高的壓力，人們才能解釋為何沒有可觀數(shù)目的太初黑洞。

    黑洞輻射的思想是這種預(yù)言的第一例，它以基本的方式依賴于本世紀(jì)兩個偉大理論，即廣義相對論和量子力學(xué)。因為它推翻了已有的觀點，所以一開始就引起了許多反對：“黑洞怎么能輻射東西？”當(dāng)我在牛津附近的盧瑟福一阿普頓實驗室的一次會議上，第一次宣布我的計算結(jié)果時，受到了普遍質(zhì)疑。我講演結(jié)束后，會議主席倫敦國王學(xué)院的約翰?泰勒宣布這一切都是毫無意義的。他甚至為此還寫了一篇論文。然而，最終包括約翰?泰勒在內(nèi)的大部分人都得出結(jié)論：如果我們關(guān)于廣義相對論和量子力學(xué)的其他觀念是正確的，那么黑洞必須像熱體那樣輻射。

    這樣，即使我們還不能找到一個太初黑洞，大家相當(dāng)普遍地同意，如果找到的話，它必須正在發(fā)射出大量的伽馬射線和X射線。

    黑洞輻射的存在似乎意味著，引力坍縮不像我們曾經(jīng)認(rèn)為的那樣是最終的、不可逆轉(zhuǎn)的。如果一個航天員落到黑洞中去，黑洞的質(zhì)量將增加，但是最終這額外質(zhì)量的等效能量將會以輻射的形式回到宇宙中去。這樣，此航天員在某種意義上被“再循環(huán)”了。然而，這是一種非?？蓱z的不朽，因為當(dāng)航天員在黑洞里被撕開時，他的任何個人的時間的概念幾乎肯定都達(dá)到了終點！甚至最終從黑洞輻射出來的粒子的種類，一般來說都和構(gòu)成這航天員的不同：這航天員所遺留下來的僅有特征是他的質(zhì)量或能量。

    當(dāng)黑洞的質(zhì)量大于幾分之一克時，我用以推導(dǎo)黑洞輻射的近似應(yīng)是很有效的。但是，當(dāng)黑洞在它的生命晚期，質(zhì)量變成非常小時，這近似就失效了。最可能的結(jié)果看來是，它至少從宇宙的我們這一區(qū)域消失了，帶走了航天員和可能在它里面的任何奇點（如果其中確有一個奇點的話）。這是量子力學(xué)能夠去掉廣義相對論預(yù)言的奇點的第一個跡象。然而，我和其他人在1974年使用的方法不能回答諸如在量子引力論中是否會發(fā)生奇性的問題。因此，從1975年以來，根據(jù)理查德?費恩曼對于歷史求和的思想，我開始推導(dǎo)一種更強(qiáng)有力的量子引力論方法。這種方法對宇宙以及其諸如航天員之類的內(nèi)容的開端和終結(jié)給出的答案，將在以下兩章敘述。我們將會看到，雖然不確定性原理對于我們所有的預(yù)言的準(zhǔn)確性都加上了限制，同時它卻可以排除掉發(fā)生在時空奇點處的基本的不可預(yù)言性。