摘要：描述黑洞最简单的方式，就是把它看作一片空间区域，连光也无法逃脱。从二十世纪初广义相对论诞生之时开始，就有人预测这种天体会存在。但事实上，直到20世纪60年代，甚至80年代，很多物理学家仍觉得，这些天体所带来的智识困境实在太难以应对，于是怀疑自然界是否真的会创造

描述黑洞最简单的方式，就是把它看作一片空间区域，连光也无法逃脱。从二十世纪初广义相对论诞生之时开始，就有人预测这种天体会存在。但事实上，直到20世纪60年代，甚至80年代，很多物理学家仍觉得，这些天体所带来的智识困境实在太难以应对，于是怀疑自然界是否真的会创造它们。我甚至见过伟大的物理学家史蒂文·温伯格说，他多少有些希望这些天体根本不存在，因为它们太让人困惑了。

然而现在我们知道，它们确确实实存在，因此我们不得不正视它们带来的挑战。

霍金的工作

黑洞之所以有趣，是因为追溯到1970年代史蒂芬·霍金的研究，我们发现黑洞要求我们同时思考量子理论与广义相对论。这两大二十世纪、乃至二十一世纪物理学的支柱，必须融合，形成我们常说的“量子引力理论”，那几乎是理论物理学的“圣杯”。

但问题一直是：自然界中是否有某个地方，某个现象，迫使我们必须把这两种理论结合起来？

就目前来看，黑洞就是唯一的答案。它们静静地悬挂在天空之中，仿佛在提醒我们：必须让这两种理论协同工作，才有可能揭示出更深刻的宇宙规律。

黑洞的概念实际上可以追溯到很久以前，大约是18世纪80年代到90年代。当时有两位科学家——可以称他们为物理学家、数学家、博学的自然哲学家——几乎同时、但彼此独立地提出了相同的想法。

其中一位是英国牧师米切尔（Mitchell），另一位则是伟大的法国数学家拉普拉斯（Laplace）。他们当时都在思考“逃逸速度”这个概念。

所谓逃逸速度，就是你必须以多快的速度，才能彻底摆脱某个天体的引力束缚——无论是行星，还是恒星。以地球为例，从地球表面逃逸的速度大约是每秒11公里。

如果你考虑质量更大、体积更巨大的天体，比如恒星，那么由于表面的引力更强，逃逸速度也会更高。实际上，太阳表面的逃逸速度大约是每秒640多公里，非常快。

米切尔和拉普拉斯的思路非常优雅：他们设想，如果不断增大恒星的质量和体积，直到某个程度，表面引力强到让逃逸速度超过光速，那么光也无法逃离这样的天体。

拉普拉斯在论文中写下了一句极美的文字：“宇宙中最大的天体，或许会因为它们的庞大，而不被看见。” 这还是在18世纪80至90年代。他设想了一种恒星，因引力过于强大，以至于光无法脱离，于是看起来是黑暗的天体。他称它们为“暗星”。

不过我们今天知道，按照他们当年的物理假设，这样的天体并不存在。但他们忽略了一点——这并不令人意外，因为这个想法几乎悖于直觉——那就是你不必让恒星质量无限增大，你也可以通过“压缩”天体体积来增大表面引力。

如果你把地球不停压缩、压缩、再压缩，直到半径只有不到一厘米，那么它表面的引力就会大到连光也无法逃离。这就是现代黑洞概念的核心。

米切尔和拉普拉斯的计算与设想，是基于牛顿力学的，那是在爱因斯坦之前的时代。到了1915年，爱因斯坦发表了他的广义相对论——这是一种全新的、更精确的引力理论。而事实证明，在广义相对论中，黑洞同样存在。

换句话说，牛顿的引力理论被更精确的广义相对论取代，但“物体可以被压缩到光无法逃脱”的想法，依旧成立。

第一个真正推导出数学解、描述这种天体的科学家，是卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）。他给出了爱因斯坦场方程的一个精确解，描述了恒星周围的时空——一个理想化的恒星，假设它是一个完美球对称、无自旋的物质球体，是一个极简的恒星模型。

史瓦西在1916年——也就是广义相对论发表后不久——就给出了这个数学解。这个解不仅描述了一颗恒星外部的时空扭曲，也间接地描述了这样一种情形：如果恒星本身完全消失，只留下它在宇宙结构中留下的“印记”，那就是现代广义相对论意义下的黑洞。

然而，虽然史瓦西的解确实描绘了宇宙中最简单的黑洞模型——空间与时间结构的一个扭曲，人们在当时并没有真正意识到这一点，直到很久以后才逐渐看清。进入20世纪30年代，比如爱因斯坦和他的同事罗森，就曾试图探索这种奇异的时空结构，并建立模型去理解它。

但可以说，直到二战之后，尤其是20世纪60年代，物理学家才开始认真相信，自然界中真的会存在这样的天体。在那之前，黑洞更多只是一个理论概念，缺乏被观测到的可能性。

为什么呢？原因很简单：一回事是有一个数学模型，描述了这样一种时空扭曲；但另一回事是，现实中，是否真的能形成这样一种极端天体。20世纪30年代，奥本海默（Robert Oppenheimer）和他的学生斯奈德（Snyder）在二战爆发前夕写过一篇极为著名的论文，探讨真实宇宙中的恒星，在生命末期是否可能无限塌缩，直至形成这种几何结构，也就是我们今天称为“黑洞”的天体。

奥本海默和斯奈德证明，在某些假设条件下，恒星确实会以那样的方式演化。但直到1960年代，彭罗斯（Roger Penrose）、霍金（Stephen Hawking）以及其他几位科学家的工作，才让人们意识到，宇宙确实会孕育出这样的产物。

我记得有一句很经典的话，来自英国天文学家爱丁顿（Arthur Eddington），他是爱因斯坦的同事，一个非常典型的英国科学家。他曾一本正经地说过：“大自然会阻止这种荒谬的东西存在。” 结果，大自然并没有“阻止”它们。

尽管我们直到21世纪才真正拍摄到黑洞的图像，但在那之前，科学界已经普遍接受了它们的存在。越来越多的证据表明，黑洞存在于星系的中心，也存在于恒星坍缩后的遗迹之中。问题随之而来：这些天体的存在意味着什么？意味着我们必须重新审视宇宙的结构，以及空间与时间的本质。

为了理解黑洞带来的这些概念性挑战，首先需要简要描述一下广义相对论中对黑洞的刻画。

从外部看，一个黑洞有一个“事件视界”，它定义了外部宇宙与黑洞内部的分界线。简单、直观但稍显粗略地说，你可以把它想象成一个空间中的球形边界：一旦跨越这个边界，即便你能以光速移动，也无法逃脱。这就是事件视界，把外部宇宙和黑洞内部隔绝开来。

另一个常见的描述，也是困扰科学家多年的问题，就是从外部观察者的角度来看，事件视界是一个“时间静止的地方”。这是广义相对论的直接预测：如果你从外部看着一个宇航员坠向黑洞，你会看到他的时间流逝越来越慢，越靠近黑洞，时间流逝得越慢，直到在视界处彻底停滞。

这让早期研究黑洞的科学家非常困惑：如果恒星在坍缩，那它是否会永远停留在视界边缘，不再继续下去呢？这种误解困扰了很多人，直到后来理论被彻底澄清。

关于相对论，有一句至关重要的话：时间可以从一个参考系的角度“停止”，但从另一个参考系来看，它仍在以正常的节奏流逝。

事实上，从一名坠入黑洞的宇航员的角度来看，如果黑洞足够巨大，比如我们在星系中心发现的那些超大质量黑洞，那么当他跨越事件视界进入黑洞内部时，他不会察觉到任何异常。

对宇航员而言，时间依然是一秒一秒地流逝；但对外部观察者而言，他的时间仿佛被冻结在视界上。这些看似矛盾的现象，其实都是广义相对论自然的预言，根本不构成理论问题。

到了20世纪60年代，科学家们已经相对清楚地理解了广义相对论描述下的黑洞。然而，有一个核心难题一直悬而未决：黑洞中心是什么？

更准确地说，严格按照爱因斯坦的广义相对论，谈论黑洞“中心”并不严谨。黑洞内部有一个被称为“奇点”的区域，人们通常把它想象成一个无限致密的点，仿佛所有物质都塌缩到了一个空间位置。

但实际上，仔细研究广义相对论的数学图景，比如彭罗斯图（Penrose diagram），我们会发现一个更反直觉的事实：奇点并不对应于空间中的某个点，而是一段时间——更确切地说，是“时间的终结”。

换句话说，当一颗恒星塌缩形成黑洞时，空间和时间被极端扭曲，几乎“交换了角色”。那个我们原以为空间上无限致密的点，其实是时间轴上的一个终点，一个“末日时刻”。至于这个奇点的本质，我们至今仍未真正理解。

这就是一个巨大的谜团，科学家普遍认为，必须依靠一种更深层的理论——量子引力理论，才能解释奇点的真实面貌。

很长一段时间里，大家都觉得这只是一个远在天边的难题。我们没有足够的工具，没有合适的框架去探索它，因此很多人推测，这个谜团可能会在很长时间内无法被揭开。

但真正的革命，出现在上世纪70年代中期：史蒂芬·霍金的工作让科学界意识到，黑洞并非只是“深处的极端区域”存在理论困境，连事件视界附近也隐藏着根本性的问题。

这就是为什么黑洞从一个纯理论的“怪物”，变成了现代物理研究的焦点。因为我们认为，在事件视界附近，现有的物理定律依然有效，数学公式依然适用，理论依然稳定——但偏偏就在这个区域，广义相对论与量子力学发生了根本性的冲突。

于是，事件视界成了现代物理中最迷人、最值得探索的舞台。

现代黑洞研究的革命性转折，始于霍金1970年代中期的研究。他曾用一句简短却极具挑衅意味的话总结自己的发现：“黑洞并不完全是黑的。”

在爱因斯坦的广义相对论框架下，黑洞就像是纯粹的几何结构，是时空织布上的一个极端扭曲区域；它们是完美的囚笼，任何东西——包括光——一旦进入，便永无可能逃脱。

但霍金证明，如果我们在黑洞的事件视界附近引入量子理论，就会发现黑洞并非全然沉默，它们会辐射出粒子，并且拥有一个明确的温度。这就是后来被称为霍金辐射（Hawking Radiation）的现象。

霍金在1974年的论文中，用一个极其优雅但略显“手挥式”的比喻，解释了这一现象。想象我们拿一个巨大的显微镜，去观察事件视界附近的一小块空间。如果你能够无限放大空间并减缓时间，你会看到空间并非真正的“空无”，而是充满了粒子对的瞬息闪现——它们不断地生成、湮灭，这就是所谓的“量子真空涨落”。

这种现象在宇宙的任何一处都存在。但如果这样的粒子对刚好出现在黑洞的事件视界上，一部分落入黑洞内部，另一部分则刚好位于视界之外，那么外部那颗粒子就可能被“解放”，逃逸到宇宙中去。而这个逃逸的粒子，实际上带走了黑洞的一部分能量。

这些逃逸粒子形成了一种“光辉”，也就是黑洞的霍金辐射。它意味着：黑洞并非永恒，而是会缓慢地蒸发、缩小，最终消失。这意味着黑洞并不是永恒的囚笼，它们有着有限的寿命。某一天，黑洞会完全蒸发殆尽，而曾经落入其中的一切，似乎也随之被“释放”回宇宙。

但随之而来的，是一个极为尖锐的问题：那些掉进黑洞的东西，最终发生了什么？

按照我刚才描述的情况，也就是爱因斯坦的理论框架，所有落入黑洞的物质似乎都被送入了那个奇点——那个我们根本无法描述的“时间尽头”。可霍金的理论告诉我们，在极其漫长的时间尺度之后，黑洞会彻底消失，唯一残留的是整个过程中释放出的霍金辐射。

问题就变成了：假如我们能够收集到这些辐射，是否有可能——至少在原则上——从这些辐射中重建所有掉入黑洞的信息？还是说，这些信息在这个过程中彻底被抹去，消失在宇宙的记录里？

你或许会问，这个问题为什么如此重要？

我们来做一个简单的类比。假设我现在拿起房间里的某个物体——一本书、一张桌子、摄像机，任何东西——然后把它点燃，将它彻底焚毁，或者用核弹将它轰成粒子，毁灭到无法辨认的程度。那么根据物理学的基本原理，如果我有足够的能力收集到燃烧或爆炸产生的每一粒辐射、每一个光子、每一个粒子，那么我就有可能重建出那件物体原本的样子。

换句话说，在自然界中，信息不会消失，这是我们所有物理定律所一致支持的事实。

然而，霍金最初的计算却得出了完全不同的结论。他的结果显示：当一个黑洞蒸发完毕，整个宇宙中将不再保留任何关于它吞噬过的物质的信息。所有信息彻底抹除，无法追溯。

换句话说，黑洞似乎成了宇宙中唯一能够擦除信息的存在。

这便是著名的黑洞信息悖论（Black Hole Information Paradox）。

在黑洞信息悖论中，“信息”指的是一个物理系统的完整量子态，包含粒子的种类、位置、动量、自旋以及它们的纠缠关系等全部量子细节；按照量子力学的幺正性，这些信息不应凭空消失，但经典理论下黑洞蒸发只留下无序的热辐射，似乎抹去了原始状态的全部结构，从而引发了“信息是否真的守恒”的根本矛盾。

到了上世纪80年代、90年代、乃至2000年代，这个悖论成了理论物理学的核心难题之一。将广义相对论与量子力学结合，黑洞的理论推演告诉我们：信息会消失。但另一方面，我们对自然界的根本认知却明确宣告：信息永远守恒。

史蒂芬·霍金本人最初也倾向于相信，信息确实会被黑洞抹去，也许量子引力的完整理论会告诉我们，这就是自然界的真相。

但与此同时，还有一批物理学家——比如伦纳德·苏斯金德（Leonard Susskind）、杰拉德·楚佛特（Gerard ’t Hooft）等诺贝尔奖得主——坚决反对这个观点。他们认为，信息绝不可能被彻底消除，否则整个物理体系的根基都会动摇。

于是，一场持续数十年的激烈争论拉开了序幕。

这场争论之所以极其重要，是因为它指向的是一个非常具体、精确的问题。这并不像我们去探索奇点，或者试图还原大爆炸那样遥远而模糊。信息悖论的问题发生在黑洞事件视界的附近——一个我们自认为完全理解的区域。

从数学公式到物理模型，一切都在我们的掌握之中，可偏偏就是这样的区域，却出现了理论冲突。这也意味着，解决这一矛盾，很可能能让我们窥见到隐藏在现有理论之下的更深一层现实。

随着理论的发展，越来越多的科学家投身于对信息悖论的研究。如今，如果我们快进到当下——大量论文仍在不断发表，研究仍在进行中——可以说，科学界的主流观点已经逐渐明朗：黑洞并不会真正抹去信息。

换句话说，如果你有足够漫长的时间去收集一颗黑洞整个蒸发过程中释放出的所有霍金辐射，如果你有足够强大的量子计算机，那么理论上你就能重建出这颗黑洞所吞噬过的一切，甚至包括那颗塌缩成黑洞的恒星本身。

但这一结论所蕴含的意义，远远超越了“信息保存”这么简单。它指向一个极具颠覆性的推论：空间与时间或许并非宇宙的基本成分。

换句话说，有一种越来越受认可的观点是：空间和时间并不是根本性的存在，而是从某种更深层的量子过程之中“涌现”出来的。这个研究方向被称为“涌现时空（emergent space-time）”。

这意味着，在爱因斯坦的框架里，我们一直假定有一个四维的时空流形（manifold）存在，空间和时间织合成一体，构成了宇宙的基底。而爱因斯坦并没有告诉我们这些东西是什么，它们只是理论假设中的“舞台”。

但如今的迹象表明，或许有一个更深的量子理论，才能解释我们所感知的空间与时间，而空间与时间本身不过是某种量子纠缠的宏观表现。至于这种量子层面的“基底”是什么，目前没人知道。

更令人振奋的是，这一切并不是拍脑袋的推测，而是从对黑洞的研究中自然推导出来的。因为我们提出了一系列非常精确的问题，紧紧围绕着黑洞行为，沿着爱因斯坦、霍金以及一系列物理学家的计算，一步步逼近这个结论：时空可能并不是基本的，而是源于更深层的量子现实。

超大质量黑洞，尤其让人着迷。这些黑洞就是我们如今拥有直接观测影像的那些天体——来自“事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）”合作组的图像。

他们拍摄到的第一张黑洞图像，来自一个名为 M87 的巨大星系，它距离地球大约5500万光年。那是一个拥有大约一万亿颗恒星的庞大星系，而我们长期怀疑，在它的核心潜伏着一个超大质量黑洞，如今终于被确认并成像。这颗黑洞的质量是太阳的60多亿倍，称得上庞然大物。

我们还拍摄到另一张照片，来自我们自己银河系中心的那颗黑洞——它的质量约为太阳的400万倍，虽然相对“瘦小”，但依然是一个巨大而深邃的天体。

目前科学界普遍认为，几乎每一个星系的中心都潜藏着一颗超大质量黑洞。虽然最近也有少量论文提出某些特殊星系似乎没有这样的黑洞，但即便如此，绝大多数星系仍然符合这一规律。

这本身就提出了一个有趣的问题：这些庞然大物究竟是如何形成的？

问题的复杂之处在于，我们对最初星系形成的过程本就不完全清楚。研究人员试图通过詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）来回答这个问题，因为它能够探测极其微弱、波长极长的光，这意味着我们可以“看穿”时间，追溯到宇宙中第一批恒星和星系诞生的年代。

与此同时，新的射电望远镜阵列也在建设之中，比如位于澳大利亚和南非的“平方公里阵列”（Square Kilometre Array，SKA），旨在深入研究早期宇宙中结构形成的细节。

这些项目意味着我们正在见证“实时的研究”，一步步接近关于星系和黑洞起源的答案。除了帮助我们理解时空的深层结构，黑洞对于揭示宇宙结构的形成机制也至关重要。

如果从直接成像的角度来看，我们确切拥有两张黑洞的照片：一张是银河系中心的超大质量黑洞，另一张是M87星系的黑洞。

但这并不是我们唯一的观测手段。近年来，引力波天文学提供了一个全新的窗口。

引力波是时空结构中的“涟漪”，爱因斯坦的广义相对论早就预言过它们的存在。著名的物理学家基普·索恩（Kip Thorne）曾将它们形容为“时间的风暴”，一个美丽而形象的比喻。

这些涟漪无时无刻不在穿越我们所在的空间，它们使时间轻微加速或减慢，让空间距离略微拉伸或压缩，虽然幅度极其微弱，几乎无法察觉。

这些引力波的源头，通常是宇宙中最剧烈的事件之一：黑洞的碰撞，或中子星的碰撞。

为了探测这些微弱得几乎无法想象的时空涟漪，我们建造了被称为 LIGO 和 Virgo 的观测站。这些装置本质上是激光干涉仪：两条互相垂直、长约四公里的真空管道，激光在其中来回反射。它们可以测量镜子之间距离的微小变化，这种变化的精度甚至比原子核的直径还要小得多。

通过这些“激光尺子”，我们第一次捕捉到了由黑洞并合所产生的引力波信号。

这些观测揭示出一个令人震惊的事实：宇宙中存在大量大质量黑洞。我们探测到的并合事件，大多数是质量约为太阳 30 倍甚至更高的黑洞之间的碰撞。这样的黑洞数量之多，远远超出了科学家最初的预期。

如今，引力波探测已经进入常态化阶段，每年都有几十起新的并合事件被记录。通过这些数据，我们不仅确认了黑洞的存在，还在不断积累关于它们分布和性质的第一手资料。

如果进一步推算，黑洞的数量是一个惊人的天文数字。宇宙中大约有两万亿个大小不一的星系，几乎每一个星系的中心都拥有一颗超大质量黑洞。而质量足够大的恒星在生命的尽头，几乎都会坍缩成黑洞。这意味着，仅在可观测宇宙中，黑洞的数量就可以用“数十亿，甚至数百亿”来计量。

在20世纪70年代，霍金的同事雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）提出了一个看似荒诞但意义深远的问题：一个黑洞能储存多少信息？

黑洞在广义相对论下被描述为一种“纯几何结构”，仿佛只是时空的形状扭曲，没有物质粒子、没有复杂的内部结构。因此，直觉上你可能会认为它无法储存任何信息。

但贝肯斯坦的计算表明，黑洞可以储存信息，而且数量巨大。他的推导得出了一个令人震撼的结论：一个黑洞所能存储的信息量，正比于它事件视界的表面积（以平方普朗克长度为单位），而不是它的体积。

这就是“全息原理（Holography）”的雏形。

普朗克长度是物理学中一个极端微小的基本尺度，由引力常数、普朗克常数和光速结合推导出来，代表了我们现有理论下能够定义的最小物理长度。

但这个结果太反常识了——我们通常认为，储存信息的能力应该与空间体积有关，就像一个房间能装多少书、多少硬盘，取决于它有多大。然而，黑洞却告诉我们：真正决定信息存储容量的，不是体积，而是包裹它的表面积。

这就是为什么物理学家后来提出，宇宙或许就是一幅“全息投影”。我们的三维世界，可能对应于某个二维边界上的量子信息。就像一张二维的胶片记录下三维全息图像，所有我们感知到的现实，或许都是从这个边界的量子态中“显现”出来的。

更令人惊讶的是，这并不是玄学，而是有严格数学证明的结果。在某些特殊的理论框架中，比如马尔达西那（Juan Maldacena）提出的 AdS/CFT 对应原理，这种二维—三维的对应关系被严格建立了起来：一个定义在边界上的二维量子理论，完全等价于一个描述内部三维空间和时间的引力理论。

这意味着，我们对现实的两种描述——三维的时空与二维的量子边界——是完全等价的。

这个“全息”的概念为我们理解现实提供了一个惊人的新视角。我们或许生活在三维空间与一条时间轴交织的世界中，但它可能仅仅是某种更深层次二维信息的投影。至于哪一种描述才是真正“根本”的现实，目前没人能给出答案。但有一点似乎是明确的：它们是等价的。

这意味着，我们从黑洞物理学中得到了一个强烈的暗示：在现有的理论框架之下，存在一个更深层次的结构，一个并不以空间和时间为基础的描述。

另一件让我个人着迷的事，是黑洞物理与量子计算之间那种出乎意料的联系。

这个联系源自这样一个问题：如果空间的物理状态可以被等效地描述在某个边界上，那么这些信息是如何被编码的？我们如何从“边界”信息中，精确地还原内部空间和时间的状态？

结果令人震惊——越来越多的模型表明，边界上的信息是以一种冗余的方式储存的。这意味着，即使部分信息丢失，整体依然能够被完全恢复。这种信息冗余编码，与我们在构建容错量子计算机时探索的方法，有着惊人的相似性。

现实中的量子计算机非常脆弱。它们的量子态容易受到外界环境的干扰，一旦与环境发生哪怕是微弱的相互作用，量子信息就会遭到破坏。而且，在量子力学的规则下，信息无法被复制（这就是所谓的“无克隆定理”），这让容错成为一个极其艰难的问题。

为了解决这一难题，研究人员提出了一系列复杂的“量子纠错码（Quantum Error Correction Codes）”，试图通过特殊的冗余编码方式，让量子信息在系统中更稳定地保存下来。

令人难以置信的是，在研究黑洞和时空的量子结构时，物理学家发现：自然界似乎自发地采用了一种类似的量子纠错机制，去稳定储存在“边界理论”中的信息。这就意味着，我们在构建未来量子计算机时所采用的技术，某种程度上，正是在模仿宇宙自身的运行方式。

说到这里，我必须强调一点：即便我身为研究者，也无法完全理解这意味着什么，因为目前还没有人能完全理解。这是一道被轻轻揭开的帷幕，让我们瞥见某种“深藏不露”的底层规律，但它的全貌仍旧隐藏在迷雾之中。

正如爱因斯坦所说，如果你能够不断拉扯自然界的线索，持之以恒地追问下去，幸运的话，就会瞥见“某种深藏不露的真相”。而我们在研究黑洞时，似乎真的捕捉到了这样的“微光”——某种深深隐藏在现实底层的东西，正在逐渐显露它的轮廓。

没人能确切地预言这条道路最终会通向何方，但越来越多的迹象显示，黑洞的研究正推动我们接近一个全新的物理世界观。

黑洞不仅仅帮助我们理解现实的底层结构，它们还有一个更加宏大的意义：它们或许也是理解宇宙起源的关键。

我们常说，黑洞是自然界中最极端的天体。它们迫使我们重新思考时间、空间、信息和物理定律的本质。而正是因为这些问题，黑洞也自然与一个更深刻的问题产生了联系——宇宙是如何开始的。

从逻辑上讲，如果你想探究宇宙是否真的有一个起点，或者是否存在某种“更早于大爆炸的状态”，你就必须先回答一个问题：什么是空间，什么是时间。

而黑洞，正是唯一一个我们能够观测、能够计算、能够触碰的自然实验室，逼迫我们面对这些终极问题。

我认为，在当下，黑洞是自然界中最有趣的天体，因为它们迫使我们去理解，或者至少逼近一个更深的理解：空间和时间到底是什么。而我的观点是，如果我们想讨论宇宙的起源，甚至想探问宇宙是否有一个起点——这点我们并不确定——那么我们必须先理解空间与时间的本质。

黑洞是我们可以看见的，可以观测的天体，它们真实存在于自然界中，迫使我们提出精确、严谨的问题，去探究时空的本质。

随着我们对宇宙结构“织物”的理解逐渐深入，我们也将逐渐接近那些更为宏大的问题，比如：如果宇宙有一个起点，它是什么样的？是什么引发了它？或者说，宇宙是否从未有真正的“开始”。

你可能会问，为什么我会反复强调“如果宇宙有一个起点”？因为你也许会说：“我们不是早就知道宇宙起源于大爆炸吗？”

这没错。我们确实知道有一个我们称之为“大爆炸”的事件。但我们必须非常精确地阐明，大爆炸到底指的是什么。

我们知道，约138亿年前，宇宙处于一种极端炽热、极端致密的状态。我们知道，所有星系正在彼此远离。而当我们将这个过程的时间回溯，往过去推演时，我们会发现，所有的星系最终都会收敛到一个极致致密的状态，也就是138亿年前的那个“初态”。

我们有直接证据支持这个推演，比如宇宙微波背景辐射。这是一张宇宙在“大爆炸”约38万年后的“照片”。当时，宇宙还是一团炽热的气体，主要由氢和氦组成，还没有恒星、没有星系。我们可以直接“看见”那段早期历史，这一点毫无争议。

所以，某个剧烈的事件确实发生了。

但问题是：那就是“起点”吗？

我们并不知道。

有一些理论，比如暴胀理论（Inflation），它告诉我们，在炽热大爆炸之前，宇宙可能已经存在了，而且空间正在经历一种极快的膨胀。当膨胀逐渐结束，能量释放到空间之中，形成了粒子和辐射，这就是我们所说的“炽热大爆炸”。

但暴胀从何而来？它是如何开始的？这依然是未知数。我们甚至不确定这段演化是否意味着“宇宙真的有一个起点”。

所以，研究黑洞不仅仅是为了理解极端天体本身，它让我们在实验与观测的指引下，去逼近这些关于宇宙本源的终极问题。

来源：老胡科学一点号