穩定的物質中,這個比率要顛倒過來。所有這些顯然是高度思辨性的,沒有人對這種“負”物質能否在自然界存在有絲毫的主意。為著有效地利用這些時空捷徑,我們也許不得不這樣來建造“負”蟲洞,就是讓一個微型負蟲洞增長。就算這個異想天開的主意能行,我們仍然不知道一隻用正常物質製造的飛船能否安全地透過這個負能量區域。這種似理論又似藝術的含糊可能性使一位著名的美國天文學家兼作家卡爾·薩甘(CarlSagan)得以構思出他的小說《接觸人其中與地外文明的聯絡正是藉助於蟲洞。儘管那故事很有刺激性,卻純粹是虛構,恐怕也永遠只是虛構。
引力奇點
對因果律的可能違反並不真正危及黑洞理論,但卻提出了奇點的本質和時空“精細”結構的問題,這裡我們到達了當代物理學的前沿。
首先可以提問,那無限地毀滅物質和時空幾何的奇點的出現,會不會只是過於幼稚地應用廣義相對論於引力坍縮問題的結果。奇點還在更廣闊的背景中出現於宇宙學,這是天體物理的一個從整體上來研究宇宙演化的分支。按照大爆炸理論,宇宙在大約150億年前誕生於一個奇點。這個理論受到宇宙膨脹和宇宙微波輻射等觀測事實的有力支援,後者是宇宙爆炸的冷卻殘餘。但在宇宙學裡也和別處一樣,用以描述宇宙的過去和現在狀態的模型是高度理想化的,因而似乎就有理由懷疑宇宙奇點會不會也只是數學簡化所帶來的一個不必要的附產品。
但研究表明並非如此。兩位英國學者,劍橋大學的史蒂芬·霍金(StCPhenHawking)和發明保角圖的羅傑·彭羅斯,在60年代證明,奇點是廣義相對論的一個必不可少的組成部分。一個真實恆星的引力坍縮是否一定導致視界和黑洞的形成,對此尚不明確;但是坍縮的結局是不可避免地成為奇點,卻是確定無疑。霍金和彭羅斯還確認,如果反推到宇宙的過去,所有能確實與現在的觀測結果符合的宇宙模型都必須由奇點開始。如果宇宙包含有足夠的物質,它甚至還會再終結於一個奇點,因為膨脹狀態終將會被一個對稱的收縮態取代。那時將是全宇宙在坍縮。
這些非常重要的定理推廣了牛頓引力理論已經知道的結果:一團由塵埃粒子組成的雲會由於粒子的相互吸引而收縮成無限大密度的奇點。於是,奇點已成為引力的吸弓勝和“自加速”性的不可避免的結果。我們怎樣去勇敢地對付它呢?
宇宙監督
自然界喜歡隱藏自己。
——拉克里特(Heracli山s)(公元前500年)
恆星引力坍縮成奇點以兩種方式之一進行,取決於黑洞形成與否。如果黑洞形成,則視界將掩蓋其內部的一切,包括物質被最後塞入奇點。這種情況發生於球對稱坍縮,對於生活在外部宇宙的物理學家來說,奇點是否形成也無關緊要。由於黑洞內部不可能與外部聯絡,在奇點附近自然定律和常識可能都被推翻,但外界的物理學家對此一無所知。
第二種可能性是,奇點形成,沒有黑洞來掩蓋。比如說,設想一個快速轉動的大質量恆星在坍縮時保留的角動量超過了臨界值,由於離心力,穩定的黑洞視界不可能形成,奇點成為裸露,粒子或電磁訊號可以從它那裡逃出,並在遠處被觀測到。由於奇點所具有的無限性,它對時空見何的影響完全不可預測。沒有視界的保護,物理學家就得失業,因為今天做的所有計算和預言,明天就會由於探奇點的搗亂而變得一無是處。
顯然,宇宙中從來沒有觀測到探奇點,但這並不能證明它們不存在。為了脫離這個困境,羅傑·彭羅斯提出了一個假設:自然界禁止探奇點存在。按照這個假設,引力坍縮總是使奇點被包在視界裡面,這就是所謂宇宙監督。
宇宙監督的思想很能使人消除憂慮,但是從來沒有在廣義相對論裡被嚴格證明。對於與球對稱相差不大的情況,這個假設是成立的,但對更極端的情況問題仍然懸而未決。更令人困惑不解的是,被認為是我們宇宙在150億年前以之誕生的宇宙奇點,並沒有隱藏在一個視界之後。
量子引力
假如上帝在創造世界之前問問我,我會建議他搞得簡單些。
——阿爾瑪索十世(AIPhonse)(13世紀)
即使宇宙監督假設能被嚴格證明,它仍然不能解決引力“反常”的問題。奇異環,雖然隱藏在轉動黑洞裡,卻允許物體穿過蟲洞,因而意味著因果律被破壞。
所以,真正的問題並不是要知道探奇點是否有所冒犯,而是