理論物理學家的驚人之處，在於他們可以在事物被觀測到之前發現它們。20世紀70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）從理論上推導出黑洞是“熱的”，由此它們會損失能量和質量，變得越來越小。這種“黑洞蒸發”是霍金最重要的發現之一。
意大利理論物理學家、量子引力理論的開創者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷科普著作《七堂極簡物理課》裡寫道：“霍金利用量子力學成功地證明了黑洞總是‘熱的’，像火爐一樣放熱。從來沒有人觀測到這種熱，因為在我們觀測到的真實的黑洞中，這種熱非常微弱。但是霍金的計算令人信服，在各種場合被人們引用，黑洞的熱也被普遍認為是真實存在的。”
卡洛·羅韋利認為，“黑洞的熱如同物理學中的羅塞塔石碑，它用量子、引力和熱力學三種語言寫就，仍在等待解讀，以告訴我們時間的本質。”在《七堂極簡物理課》的進階版科普書——《現實不似你所見：量子引力之旅》中，卡洛·羅韋利更具體地講述了黑洞物理學以及霍金的貢獻。
理論物理學家的驚人之處，在於他們可以在事物被觀測到之前發現它們。20世紀70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）從理論上推導出黑洞是“熱的”，由此它們會損失能量和質量，變得越來越小。這種“黑洞蒸發”是霍金最重要的發現之一。
意大利理論物理學家、量子引力理論的開創者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷科普著作《七堂極簡物理課》裡寫道：“霍金利用量子力學成功地證明了黑洞總是‘熱的’，像火爐一樣放熱。從來沒有人觀測到這種熱，因為在我們觀測到的真實的黑洞中，這種熱非常微弱。但是霍金的計算令人信服，在各種場合被人們引用，黑洞的熱也被普遍認為是真實存在的。”
卡洛·羅韋利認為，“黑洞的熱如同物理學中的羅塞塔石碑，它用量子、引力和熱力學三種語言寫就，仍在等待解讀，以告訴我們時間的本質。”在《七堂極簡物理課》的進階版科普書——《現實不似你所見：量子引力之旅》中，卡洛·羅韋利更具體地講述了黑洞物理學以及霍金的貢獻。
霍金（1942年1月8日-2018年3月14日）
在我們的宇宙中存在大量的黑洞，在黑洞的區域，空間極度彎曲，最終向自身內部坍縮，時間停止。當一顆恆星燃盡了所有可用氫，就會坍縮，形成黑洞。坍縮的恆星經常與鄰近的恆星組成一對，在這種情況下，黑洞與其尚存的“搭檔”彼此環繞；黑洞會從另一個恆星那裡不斷吸取物質（如圖示）。
理論物理學家的驚人之處，在於他們可以在事物被觀測到之前發現它們。20世紀70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）從理論上推導出黑洞是“熱的”，由此它們會損失能量和質量，變得越來越小。這種“黑洞蒸發”是霍金最重要的發現之一。
意大利理論物理學家、量子引力理論的開創者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷科普著作《七堂極簡物理課》裡寫道：“霍金利用量子力學成功地證明了黑洞總是‘熱的’，像火爐一樣放熱。從來沒有人觀測到這種熱，因為在我們觀測到的真實的黑洞中，這種熱非常微弱。但是霍金的計算令人信服，在各種場合被人們引用，黑洞的熱也被普遍認為是真實存在的。”
卡洛·羅韋利認為，“黑洞的熱如同物理學中的羅塞塔石碑，它用量子、引力和熱力學三種語言寫就，仍在等待解讀，以告訴我們時間的本質。”在《七堂極簡物理課》的進階版科普書——《現實不似你所見：量子引力之旅》中，卡洛·羅韋利更具體地講述了黑洞物理學以及霍金的貢獻。
霍金（1942年1月8日-2018年3月14日）
在我們的宇宙中存在大量的黑洞，在黑洞的區域，空間極度彎曲，最終向自身內部坍縮，時間停止。當一顆恆星燃盡了所有可用氫，就會坍縮，形成黑洞。坍縮的恆星經常與鄰近的恆星組成一對，在這種情況下，黑洞與其尚存的“搭檔”彼此環繞；黑洞會從另一個恆星那裡不斷吸取物質（如圖示）。
雙星/黑洞的圖示
恆星失去質量，一部分被黑洞吸收，一部分沿兩極的方向噴射出去。天文學家已經發現了許多和我們的太陽一樣大（實際上稍微大一些，這裡的大小指質量）的黑洞，但也有巨大的黑洞。在幾乎所有星系的中心都有一個巨大的黑洞，包括我們的星系在內。
位於我們星系中心的黑洞目前正在被仔細研究，其質量比我們的太陽大一百萬倍。有時一顆恆星離這個龐然大物太近，就會被引力扭曲而粉碎，被巨大的黑洞吞沒，就像一條小魚被鯨吞沒。想象一個有一百個太陽那麼大的龐然大物，在一瞬間吞沒了我們的太陽和它微小的行星。
有個正在進行的非常棒的計劃，是要建造一個遍佈世界各地的無線電天線網絡，由此天文學家就能夠獲得足夠大的分辨率“看到”巨大的黑洞。我們預期看到的是一個小黑圓盤，被陷入其中的物質的輻射產生的光包圍著。
進入黑洞的東西無法再出來，至少如果我們忽略量子理論的話會如此。黑洞的表面就像是現在：只能從一個方向穿過，無法從未來返回。對黑洞而言，過去在外面，未來在裡面。從外面看來，黑洞就像個球體，可以進去，但沒有東西可以從裡面出來。一艘火箭可以停留在離這個球體固定距離的地方，這個距離被稱作黑洞的“視界”。要做到這一點需要讓火箭的發動機不停地劇烈燃燒，抵消黑洞的萬有引力。黑洞的巨大引力意味著對火箭而言時間會變慢。如果火箭在離視界足夠近的地方停留一小時，然後飛走，它會發現外面在此期間已經過了幾個世紀。火箭離視界越近，時間相對於外面走得越慢。因此，旅行到過去很困難，但旅行到未來很容易：我們只需要在太空飛船上靠近黑洞，在附近停留一會兒，然後飛走。
在視界處，時間停止：如果我們極其靠近，然後按我們的時間來算幾分鐘後飛走，宇宙的其他部分也許已經過去了一百萬年。真正令人驚訝的事情在於，現在通常能觀測到的這些奇特物體的屬性，早就被愛因斯坦的理論預見了。現在天文學家在研究太空中的這些物體，但直到不久以前黑洞都被視為一個奇特理論的古怪結果。我記得我的大學教授把它們作為愛因斯坦方程的解引入時，說“不太可能有真實物體與之對應”。這就是理論物理學家的驚人能力，他們可以在事物被觀測到之前發現它們。
我們觀測到的黑洞可以用愛因斯坦方程很好地描述，理解它們不需要量子力學。但是有兩個黑洞之謎確實需要量子力學來解決，圈理論為這二者都提供了可能的解答，也為其中一個提供了檢驗理論的機會。
量子引力對黑洞的第一個應用涉及史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）發現的一個奇特事實。20 世紀70年代早期，他從理論上推導出黑洞是“熱的”，它們的表現像熱的物體：它們會放熱。由此它們會損失能量和質量（因為能量和質量是同樣的東西），變得越來越小。它們會“蒸發”。這種“黑洞蒸發”是霍金做出的最重要的發現。
物體有熱量是因為它們的微觀成分在運動。例如，一塊熱鐵的原子在平衡位置附近快速振動。熱空氣中分子的運動比冷空氣中要快。使黑洞變得炙熱的、不斷振動的基本“原子”是什麼呢？霍金沒有解答這個問題，圈理論提供了一種可能的答案。給黑洞帶來溫度的、振動的基本原子是其表面單個的空間量子。
由此，使用圈理論就可以理解霍金所預言的黑洞的奇怪熱量：熱量是單個空間原子微小振動的結果。它們會振動，因為在量子力學的世界中一切都在振動，沒有東西保持靜止。量子力學的核心就是物體不可能始終完全靜止在一個位置。黑洞的熱量與圈量子引力中空間原子的振動直接相關。黑洞視界的準確位置只由這些引力場的微小振動決定。因此在某種意義上，視界會像熱物體一樣振動。
理論物理學家的驚人之處，在於他們可以在事物被觀測到之前發現它們。20世紀70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）從理論上推導出黑洞是“熱的”，由此它們會損失能量和質量，變得越來越小。這種“黑洞蒸發”是霍金最重要的發現之一。
意大利理論物理學家、量子引力理論的開創者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷科普著作《七堂極簡物理課》裡寫道：“霍金利用量子力學成功地證明了黑洞總是‘熱的’，像火爐一樣放熱。從來沒有人觀測到這種熱，因為在我們觀測到的真實的黑洞中，這種熱非常微弱。但是霍金的計算令人信服，在各種場合被人們引用，黑洞的熱也被普遍認為是真實存在的。”
卡洛·羅韋利認為，“黑洞的熱如同物理學中的羅塞塔石碑，它用量子、引力和熱力學三種語言寫就，仍在等待解讀，以告訴我們時間的本質。”在《七堂極簡物理課》的進階版科普書——《現實不似你所見：量子引力之旅》中，卡洛·羅韋利更具體地講述了黑洞物理學以及霍金的貢獻。
霍金（1942年1月8日-2018年3月14日）
在我們的宇宙中存在大量的黑洞，在黑洞的區域，空間極度彎曲，最終向自身內部坍縮，時間停止。當一顆恆星燃盡了所有可用氫，就會坍縮，形成黑洞。坍縮的恆星經常與鄰近的恆星組成一對，在這種情況下，黑洞與其尚存的“搭檔”彼此環繞；黑洞會從另一個恆星那裡不斷吸取物質（如圖示）。
雙星/黑洞的圖示
恆星失去質量，一部分被黑洞吸收，一部分沿兩極的方向噴射出去。天文學家已經發現了許多和我們的太陽一樣大（實際上稍微大一些，這裡的大小指質量）的黑洞，但也有巨大的黑洞。在幾乎所有星系的中心都有一個巨大的黑洞，包括我們的星系在內。
位於我們星系中心的黑洞目前正在被仔細研究，其質量比我們的太陽大一百萬倍。有時一顆恆星離這個龐然大物太近，就會被引力扭曲而粉碎，被巨大的黑洞吞沒，就像一條小魚被鯨吞沒。想象一個有一百個太陽那麼大的龐然大物，在一瞬間吞沒了我們的太陽和它微小的行星。
有個正在進行的非常棒的計劃，是要建造一個遍佈世界各地的無線電天線網絡，由此天文學家就能夠獲得足夠大的分辨率“看到”巨大的黑洞。我們預期看到的是一個小黑圓盤，被陷入其中的物質的輻射產生的光包圍著。
進入黑洞的東西無法再出來，至少如果我們忽略量子理論的話會如此。黑洞的表面就像是現在：只能從一個方向穿過，無法從未來返回。對黑洞而言，過去在外面，未來在裡面。從外面看來，黑洞就像個球體，可以進去，但沒有東西可以從裡面出來。一艘火箭可以停留在離這個球體固定距離的地方，這個距離被稱作黑洞的“視界”。要做到這一點需要讓火箭的發動機不停地劇烈燃燒，抵消黑洞的萬有引力。黑洞的巨大引力意味著對火箭而言時間會變慢。如果火箭在離視界足夠近的地方停留一小時，然後飛走，它會發現外面在此期間已經過了幾個世紀。火箭離視界越近，時間相對於外面走得越慢。因此，旅行到過去很困難，但旅行到未來很容易：我們只需要在太空飛船上靠近黑洞，在附近停留一會兒，然後飛走。
在視界處，時間停止：如果我們極其靠近，然後按我們的時間來算幾分鐘後飛走，宇宙的其他部分也許已經過去了一百萬年。真正令人驚訝的事情在於，現在通常能觀測到的這些奇特物體的屬性，早就被愛因斯坦的理論預見了。現在天文學家在研究太空中的這些物體，但直到不久以前黑洞都被視為一個奇特理論的古怪結果。我記得我的大學教授把它們作為愛因斯坦方程的解引入時，說“不太可能有真實物體與之對應”。這就是理論物理學家的驚人能力，他們可以在事物被觀測到之前發現它們。
我們觀測到的黑洞可以用愛因斯坦方程很好地描述，理解它們不需要量子力學。但是有兩個黑洞之謎確實需要量子力學來解決，圈理論為這二者都提供了可能的解答，也為其中一個提供了檢驗理論的機會。
量子引力對黑洞的第一個應用涉及史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）發現的一個奇特事實。20 世紀70年代早期，他從理論上推導出黑洞是“熱的”，它們的表現像熱的物體：它們會放熱。由此它們會損失能量和質量（因為能量和質量是同樣的東西），變得越來越小。它們會“蒸發”。這種“黑洞蒸發”是霍金做出的最重要的發現。
物體有熱量是因為它們的微觀成分在運動。例如，一塊熱鐵的原子在平衡位置附近快速振動。熱空氣中分子的運動比冷空氣中要快。使黑洞變得炙熱的、不斷振動的基本“原子”是什麼呢？霍金沒有解答這個問題，圈理論提供了一種可能的答案。給黑洞帶來溫度的、振動的基本原子是其表面單個的空間量子。
由此，使用圈理論就可以理解霍金所預言的黑洞的奇怪熱量：熱量是單個空間原子微小振動的結果。它們會振動，因為在量子力學的世界中一切都在振動，沒有東西保持靜止。量子力學的核心就是物體不可能始終完全靜止在一個位置。黑洞的熱量與圈量子引力中空間原子的振動直接相關。黑洞視界的準確位置只由這些引力場的微小振動決定。因此在某種意義上，視界會像熱物體一樣振動。
被圈——描述引力場狀態的自旋網絡的連線穿過的黑洞表面。每個圈都對應著黑洞表面的一塊量子區域。還有另一種理解黑洞熱量來源的方式。量子漲落會在黑洞的內部和外部之間產生關聯。貫穿黑洞視界的量子不確定性產生視界的幾何漲落，而漲落意味著概率，概率意味著熱力學，即溫度。黑洞為我們遮蔽了一部分宇宙，但使其量子漲落以熱量的形式被探測到。
一位年輕的意大利科學家歐金尼奧·比安奇（Eugenio Bianchi）——現在他在美國當教授，完成了精確的計算，展示瞭如何從這些理念和圈量子引力的基本方程出發得到霍金預見的計算黑洞熱量的公式。
理論物理學家的驚人之處，在於他們可以在事物被觀測到之前發現它們。20世紀70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）從理論上推導出黑洞是“熱的”，由此它們會損失能量和質量，變得越來越小。這種“黑洞蒸發”是霍金最重要的發現之一。
意大利理論物理學家、量子引力理論的開創者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷科普著作《七堂極簡物理課》裡寫道：“霍金利用量子力學成功地證明了黑洞總是‘熱的’，像火爐一樣放熱。從來沒有人觀測到這種熱，因為在我們觀測到的真實的黑洞中，這種熱非常微弱。但是霍金的計算令人信服，在各種場合被人們引用，黑洞的熱也被普遍認為是真實存在的。”
卡洛·羅韋利認為，“黑洞的熱如同物理學中的羅塞塔石碑，它用量子、引力和熱力學三種語言寫就，仍在等待解讀，以告訴我們時間的本質。”在《七堂極簡物理課》的進階版科普書——《現實不似你所見：量子引力之旅》中，卡洛·羅韋利更具體地講述了黑洞物理學以及霍金的貢獻。
霍金（1942年1月8日-2018年3月14日）
在我們的宇宙中存在大量的黑洞，在黑洞的區域，空間極度彎曲，最終向自身內部坍縮，時間停止。當一顆恆星燃盡了所有可用氫，就會坍縮，形成黑洞。坍縮的恆星經常與鄰近的恆星組成一對，在這種情況下，黑洞與其尚存的“搭檔”彼此環繞；黑洞會從另一個恆星那裡不斷吸取物質（如圖示）。
雙星/黑洞的圖示
恆星失去質量，一部分被黑洞吸收，一部分沿兩極的方向噴射出去。天文學家已經發現了許多和我們的太陽一樣大（實際上稍微大一些，這裡的大小指質量）的黑洞，但也有巨大的黑洞。在幾乎所有星系的中心都有一個巨大的黑洞，包括我們的星系在內。
位於我們星系中心的黑洞目前正在被仔細研究，其質量比我們的太陽大一百萬倍。有時一顆恆星離這個龐然大物太近，就會被引力扭曲而粉碎，被巨大的黑洞吞沒，就像一條小魚被鯨吞沒。想象一個有一百個太陽那麼大的龐然大物，在一瞬間吞沒了我們的太陽和它微小的行星。
有個正在進行的非常棒的計劃，是要建造一個遍佈世界各地的無線電天線網絡，由此天文學家就能夠獲得足夠大的分辨率“看到”巨大的黑洞。我們預期看到的是一個小黑圓盤，被陷入其中的物質的輻射產生的光包圍著。
進入黑洞的東西無法再出來，至少如果我們忽略量子理論的話會如此。黑洞的表面就像是現在：只能從一個方向穿過，無法從未來返回。對黑洞而言，過去在外面，未來在裡面。從外面看來，黑洞就像個球體，可以進去，但沒有東西可以從裡面出來。一艘火箭可以停留在離這個球體固定距離的地方，這個距離被稱作黑洞的“視界”。要做到這一點需要讓火箭的發動機不停地劇烈燃燒，抵消黑洞的萬有引力。黑洞的巨大引力意味著對火箭而言時間會變慢。如果火箭在離視界足夠近的地方停留一小時，然後飛走，它會發現外面在此期間已經過了幾個世紀。火箭離視界越近，時間相對於外面走得越慢。因此，旅行到過去很困難，但旅行到未來很容易：我們只需要在太空飛船上靠近黑洞，在附近停留一會兒，然後飛走。
在視界處，時間停止：如果我們極其靠近，然後按我們的時間來算幾分鐘後飛走，宇宙的其他部分也許已經過去了一百萬年。真正令人驚訝的事情在於，現在通常能觀測到的這些奇特物體的屬性，早就被愛因斯坦的理論預見了。現在天文學家在研究太空中的這些物體，但直到不久以前黑洞都被視為一個奇特理論的古怪結果。我記得我的大學教授把它們作為愛因斯坦方程的解引入時，說“不太可能有真實物體與之對應”。這就是理論物理學家的驚人能力，他們可以在事物被觀測到之前發現它們。
我們觀測到的黑洞可以用愛因斯坦方程很好地描述，理解它們不需要量子力學。但是有兩個黑洞之謎確實需要量子力學來解決，圈理論為這二者都提供了可能的解答，也為其中一個提供了檢驗理論的機會。
量子引力對黑洞的第一個應用涉及史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）發現的一個奇特事實。20 世紀70年代早期，他從理論上推導出黑洞是“熱的”，它們的表現像熱的物體：它們會放熱。由此它們會損失能量和質量（因為能量和質量是同樣的東西），變得越來越小。它們會“蒸發”。這種“黑洞蒸發”是霍金做出的最重要的發現。
物體有熱量是因為它們的微觀成分在運動。例如，一塊熱鐵的原子在平衡位置附近快速振動。熱空氣中分子的運動比冷空氣中要快。使黑洞變得炙熱的、不斷振動的基本“原子”是什麼呢？霍金沒有解答這個問題，圈理論提供了一種可能的答案。給黑洞帶來溫度的、振動的基本原子是其表面單個的空間量子。
由此，使用圈理論就可以理解霍金所預言的黑洞的奇怪熱量：熱量是單個空間原子微小振動的結果。它們會振動，因為在量子力學的世界中一切都在振動，沒有東西保持靜止。量子力學的核心就是物體不可能始終完全靜止在一個位置。黑洞的熱量與圈量子引力中空間原子的振動直接相關。黑洞視界的準確位置只由這些引力場的微小振動決定。因此在某種意義上，視界會像熱物體一樣振動。
被圈——描述引力場狀態的自旋網絡的連線穿過的黑洞表面。每個圈都對應著黑洞表面的一塊量子區域。還有另一種理解黑洞熱量來源的方式。量子漲落會在黑洞的內部和外部之間產生關聯。貫穿黑洞視界的量子不確定性產生視界的幾何漲落，而漲落意味著概率，概率意味著熱力學，即溫度。黑洞為我們遮蔽了一部分宇宙，但使其量子漲落以熱量的形式被探測到。
一位年輕的意大利科學家歐金尼奧·比安奇（Eugenio Bianchi）——現在他在美國當教授，完成了精確的計算，展示瞭如何從這些理念和圈量子引力的基本方程出發得到霍金預見的計算黑洞熱量的公式。
史蒂芬·霍金和歐金尼奧·比安奇。黑板上是圈量子引力描述黑洞的主要方程。圈量子引力對黑洞物理學的第二個應用更加驚人。恆星一旦坍縮，就會從外部視野中消失：它就在黑洞內部了。但在黑洞內部會發生什麼呢？如果你讓自己墜入黑洞，會看到什麼呢？
最初沒什麼特別的：你會穿過黑洞表面，不會受到太大傷害——然後你會以更大的速度垂直墜向中心。再然後呢？廣義相對論預言，一切都會在中心被擠壓成一個體積無窮小、密度無窮大的點。但這又是我們忽略了量子理論的結果。
如果我們考慮量子引力，這個預言就不正確了——因為存在量子斥力——使宇宙在大爆炸時反彈的同樣的斥力。我們預期的是，在靠近中心的過程中，墜入的物質的速度會被這種量子壓力減慢，密度會非常大但有限。物質會被壓縮，但不會一直壓縮成一個無窮小的點，因為物質的大小存在一個下限。量子引力產生了一個巨大的壓力，使物質反彈，就像坍縮的宇宙可以反彈為膨脹的宇宙一樣。
如果從那兒觀察的話，坍縮恆星的反彈可以非常快。但是——還記得嗎——內部時間流逝得比外面要慢得多。從外面看，反彈的過程可以耗費數十億年。漫長的時間過後，我們會看到黑洞爆炸。基本上這就是黑洞最終的樣子：通向遙遠未來的捷徑。
因此，量子引力也許預示著黑洞並不是永遠穩定的物體，正如傳統的廣義相對論預言的那樣。從根本上來說它們是不穩定的。
這些黑洞爆炸如果被發現，對理論而言是非常驚人的證據。非常古老的黑洞，比如宇宙早期形成的那些，可能今天正在爆炸。目前的一些計算表明，這些黑洞爆炸的信號可能在射電望遠鏡的觀測範圍內。有人指出，射電天文學家已經觀測到了一些特定的神祕無線電脈衝，被稱為“快速射電暴”，這可能正是早期黑洞爆炸產生的信號。如果這點得到證實，那就太棒了：我們就會擁有量子引力現象的直接證據。