四
1965年霍金获得博士学位，同年得到剑桥凯思学院研究员的席位，也是在这一年与珍结婚。这时手已经不能写字了，语言更加模糊，但还能柱杖走路，再过三年，他就不得不靠从学校服务处借来的一辆残疾三轮车代步。也就在这段时间，宇宙学成了物理学的热点，而霍金则是黑洞研究的专家和权威，努力工作（或称娱乐）成了他忘记病痛的最好良方。
1970年11月的一个晚上上床睡觉，对霍金这是一个艰难的过程：他得紧紧地抓住床柱，艰难地褪去衣服，艰难地套上睡衣，然后颤栗地慢慢爬上床。这天晚上他的动作比以往更慢，因为这当口他产生了一个激动人心的想法。
坍缩进临界周长或史瓦西半径的恒星构成一个黑洞，黑洞的中心必然是一个奇点，霍金与彭罗斯的研究成果已经被广为接受；那么黑洞的边缘呢？我们把它叫做“事件视界”。对这个概念的定义，彭罗斯的权威定义是：“试图逃逸黑洞的光子被引力最后拉下来的地方。”就是从黑洞中发出的光所能到达的最远距离，也就是黑洞最外层的边界。这没什么错。可是科学概念的定义还不是把事说清了那么简单，有时微妙的区别也能决定这个概念的内涵的大小，通俗点说有没有后劲。定义好了能成为重大理论发展的逻辑起点，决定理论的发展能走得更远，比如普朗克的量子定义。霍金就觉得，应该更精确地定义为：“能否向遥远宇宙发送信号的事件之间的分界。”由这个定义出发可以得出黑洞变化的优美的动态模型，可是麻烦的是，这个模型的表面积只能保持不变或增大，决不能减小。现在霍金想，没关系，宇宙的实际情况也支持这种变化趋向：在外部物质被吸进黑洞，或者两个黑洞相撞合为一个黑洞，视界面积都会加大，至少也不会减小。黑洞事件视界非减性质，应当是黑洞可能行为的一个规定性。霍金为这个想法兴奋得彻夜不眠，第二天一早就打电话通报了彭罗斯。
图20.3 事件视界非减定理。事件视界面积在时间中演化，当外部物质或能量进入视界，或两个黑洞合并时，视界面积都会扩大。注意到没有？这个变化是平滑连续的（这是霍金定义比彭罗斯定义的优势之一），当物质还没掉进视界前，或黑洞还没合并前，视界面积就已经开始增大——结果发生在原因前！
咱们别把太多的时间花在这个定理上。这只是一个动人故事的引子，这个故事告诉我们霍金是如何飙升为超级巨星的。
1973年，普林斯顿大学惠勒的一个年轻的研究生杰考比·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）产生一个疯狂的想法，把大家公认没有温度的黑洞跟热力学联系上了，还写了篇论文叫《黑洞热力学》（这如同《和尚养发术》一样滑稽）。年轻人就是想像力丰富，贝肯斯坦觉得“事件视界非减定理”跟热力学第二定理实在太相像了。我们前面已经多次谈到过这个定理，一个封闭的体统，熵（混乱度）只能不变或增加，不会减少。两个封闭系统合并，其总熵一定会大于或等于原两个系统的熵之和。把这个“熵”字换成“事件视界”，把“封闭系统”换成“黑洞”，不就是霍金的“事件视界非减定理”了吗？因此贝肯斯坦认为事件视界面积等价于熵，黑洞的熵正比于它的表面积。
贝肯斯坦的论点让霍金很恼火，想不到曾让自己无比喜悦的一个定律被别人利用来干这种蠢事！就算是个研究生，也该知道有熵就意味着有温度，有温度就意味着有辐射，有辐射就意味着不是黑洞。什么“黑洞的熵”，就像“方的圆”一样荒谬！你的老师怎么教你的？于是霍金与另外两位学者合写了一篇论文《黑洞动力学的四个定理》，发表在《数学物理通讯》上，其“第四定理”就是：“黑洞的等效温度是绝对零度，它不可能发出任何辐射”。
霍金可是黑洞研究的最高权威呐！全世界都站在霍金一边。贝肯斯坦说那段时间走在路上都会有人提醒他做错了事。想起黄永玉大师的一幅漫画，画着一只小老鼠，题图是：“我丑，但我妈妈喜欢”。好在贝肯斯坦有他的导师喜欢，惠勒说：“黑洞热力学是疯狂的，也许疯狂到了足以成立的程度。”疯狂，在惠勒这里成了理论得以成立的条件之一！
好在霍金也还年轻，三十岁才出头，不到一年的时间，他就改变了对贝肯斯坦的看法，原因是量子力学的介入。1971年，他提出“微黑洞”观点。这也有点怪哈？前面不是说了黑洞的成因是超越了质量极限吗？“微”怎么会形成黑洞。其实天体之所以成为黑洞，其真正原因不在于质量，而在于质量内禀万有引力的挤压力。理论上，一块糖都可以挤压成黑洞，只要挤压力足够大，至于这个力是万有引力或者其他什么力则不重要。霍金就认为，大爆炸之初压力非常大的时候，就形成了无数的微黑洞，并永远的存在，我们的周围可能就有。但如果微黑洞真是存在的话，它们就一定会很小，小到大约一个核子那么小。要研究那么小尺度的物质，就必须得靠量子力学。
还记得吧？惠勒早就预言黑洞里隐藏着“广义相对论与量子力学结合的圣杯”。到目前为止，黑洞研究还是广义相对论的一言堂。宿命似的，惠勒通过自己的学生，刺激霍金走上了探寻圣怀的道路。贝肯斯坦只是凭着物理直觉得出自己的结论，对于黑洞是否有辐射的问题，小贝不敢冒犯天条，尴尬地承认黑洞自然不能会有辐射。现在倒是霍金自己反躬自问：黑洞真的没有辐射吗？
经典物理告诉我们，天体，包括黑洞，都存在于真空的环境中。可是量子物理却拧着说：真空它还有能量涨落呢！黑洞存在于电磁场、引力场之中，会随机产生各种形式的虚粒子对，至于是电子—正电子对、光子—反光子对还是引力子—反引力子对（如果有的话），这不重要。重要的是，这些粒子是“虚”的，不能发生真实的作用，否则会发生可观察的效应，能量守恒定律就要被违反。就像一个出纳偷了一笔公款，她必须在没花出去前还上（犯罪中止），虚粒子对也必须在与能量共扼的不确定时间内湮灭，还上环境的能量亏空。
但是如果这个涨落发生在事件视界周围呢？黑洞的引力是如此之大，这至于无法观测到的距离差都会有引力差，靠近黑洞的一个虚粒子从黑洞获得能量变成实粒子掉进黑洞，而它的孪生粒子失去了对撞湮灭的对象也成为一个实粒子在黑洞外面的广阔天地逃之夭夭。这个视界外的“出纳”真的偷了一笔钱逍遥了，别担心，上帝决不做亏本生意，这笔帐他让黑洞还——黑洞必定发生一个与这个视界外实粒子能量等量的能量亏损。
图20.4 霍金蒸发：虚粒子对从黑洞获得能量成为实粒子，一个掉进黑洞，另一个“向外辐射”。
这样从外面的观察者看来，黑洞就像是向外辐射一样！其实这些辐射原本就是在视界外，黑洞的能量让它们由虚变实。有道是，黑猫偷吃白猫挨打，黑洞为视界外贡献辐射的代价是，自己的能量发生亏损，也就是质量变小。黑洞竟然以这样的方式，变着法地实现了惠勒的预言——黑洞内的能量隧穿临界周长！
接下来的故事就有点惊心动魄了！有辐射，就意味着黑洞有温度，霍金计算出，这个温度正比于黑洞的表面引力，这与贝肯斯坦的结论，黑洞具有正比于其表面积的熵，是等价的。进一步，霍金还计算出，温度和表面引力反比于黑洞质量。这就意味着，在辐射中，随着质量的不断减少，温度会越来越高，黑洞最后会在一次大爆炸中像节日礼花一样喷发出她最后的绚烂！
1974年2月，霍金在牛津城外召开的一个学术会议上公布这一研究成果。他用大家已经习惯的含糊不清的语音演讲，图解投影在背后的墙上。全体人民肯定是听傻了，会场静得能听到每个人的心跳。会议主席著名的英国理论物理学家泰勒一定有痛扁霍金之心，霍金刚讲完他就大声宣布：“对于如此荒谬绝伦的理论，我除了宣布散会之外无话可说！”说罢站起身来退场抗议，把桌椅弄得唏哩哗啦的乱响。
泰勒回到家就气呼呼地写了一篇批判霍金理论的文章，在当月的英国《自然》杂志上发表。过一个月，3月号发表了霍金阐述黑洞辐射的文章。文章原名《黑洞不黑》，编辑也许觉得太武断，改为《黑洞会爆炸吗？》这么一个比较谦虚的标题。这篇文章有人称为“物理学史上最优美的论文之一”。紧接着7月号的《自然》又刊登了泰勒和戴维斯合写的反驳文章《黑洞真会爆炸吗？》，跟霍金论文的标题几乎一模一样以示针锋相对，就像当年波尔对付爱因斯坦的“EPR论文”一样。但随后不久，随着学术界研究讨论的深入，泰勒也不得不承认霍金是对的。霍金由此更加名声大振，黑洞辐射就被称为“霍金辐射”，由于黑洞辐射会带走黑洞的能量和质量，也形像地称为“霍金蒸发”。
不怕否定自己，也许是霍金永远保持年轻的创造冲动的秘决。但这也产生一个负作用，就是霍金尽管“嗜赌如命”，但似乎从没赢过！1997年，霍金与索恩结盟，与普瑞斯基进行了一次跨世纪豪赌，赌题是黑洞的信息是否守恒，霍索联军认为不守恒，而普瑞斯基认为守恒，赌注是一本《棒球百科全书》。在2004年爱尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，霍金又一次让人瞠目结舌——他认输啦！他在演讲中表示自己原来的观点错了，信息应该守恒。这下子就热闹喽！霍索联军内部火并，索恩凄楚地遭遇盟军的“背叛”，疾呼这赌局不能由霍金一个人说了算，他仍坚持信息不守恒的观点。更滑稽的是，“敌军”普瑞斯基表示没有听懂霍金的演讲，不明白自己为什么赢了！现在重要的不是索恩认不认输，普瑞斯基认不认赢，而是霍金迫切地需要输！于是屁颠屁颠地满城找《棒球百科全书》，遍寻不得只好以一本《板球百科全书》代替，给这个赌局留下了唯一的遗憾。
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