这正是问题的关键。虽然广义相对论是迄今最好的引力理论，它显然仍是不完善的，
因为它没有考虑支配微观世界演化的量子力学原理，而奇点现象恰恰涉及很小尺度的时
空结构。一个经典理论运用于量子领域而出现恼人的奇异性，也就不足为怪了。
但是量子力学与广义相对论之间的关系似乎又很疏远。前者支配着基本粒子的领域，
粒子在核力作用下在很小的范围内运动，其主要特点是对现象作出“模糊”的描述，即
只能计算事件发生的几率。电磁力则支配着包括人类自身在内的过渡区域。在有些现象
里（激光、晶体管等等）量子力学起着决定性的作用，而在别的现象里（无线电波的传
播等等）其作用可以忽略。最后，在天文尺度上，量子效应完全不见，而由广义相对论
描述的“经典”引力接管了一切。
但是，用谢尔顿·格拉肖（Sheldon Glashow，1979年诺贝尔物理学奖获得者）的
话来说，很有可能“蛇在吃自己的尾”。有的物理学家相信，在小于10ry3厘米的尺度，
引力是起支配作用的力。这个极小的长度是一个世纪前由马克斯·普朗克在另一个意义
上引入的，它由把自然界的基本常数（引力常数、光速和普朗克常数）作出机智的组合
而得到，而与基本粒子的性质无关。它表示这样一个最小尺度，在它之上的时空见何可
以被看作是平滑的，在它之下时空组织本身不再是连续的，而是像能量和物质一样，也
由小颗粒组成。按照约翰·惠勒的说法，“广义相对论与量子力学之间的热烈婚礼”将
在这里完成，而产儿显然将被取名为量子引力。
注意这里用的是将来时，因为量子引力与其说是一个理论，不如说还只是一个想法。
爱因斯坦在他一生的后40年中试图统一广义相对论和量子力学，却劳而无功。今天，数
以百计的理论家仍在致力于这项艰难的工作，除了令人沮丧的数学困难之外，更糟的是
没有任何具体实验资料。无论是在距离上还是在能量上，这个研究领域都与实验室相去
太远。现在可能做到的是，使用大型的粒子加速器来探测与质子这样的基本粒子半径相
当的距离，即10’3厘米量级（用粒子加速器能得到的最高能量使我们能探测到10－‘6
厘米尺度的物质性质），但是这与量子时空之间仍然如隔天堑：质子半径与普朗克长度
之比，大约等于银河系半径与人的身高之比。
对当代物理学来说幸运的是，不管条件如何不利，新思想却层出不穷。约翰·惠勒
提出，由于量子涨落的搅动，微观时空几何是湍动的和不断改变的。这可以用海面来作
比拟（图利）。从飞机上看去，海面显得很平整；降低高度再看，海面仍是连续的，但
是有起伏；再靠近去，它就变得汹涌翻腾，甚至成了不连续的，因为当波浪碎开时，可
以看到抛散在空中的水滴。同样的道理，虽然时空结构在我们所处的高度看去是连续的，
但在普朗克长度的尺度上它的“泡沫”就会显而易见，并且能够产生出“水滴”，也就
是那些基本粒子。
阐发这个思想的最新尝试是求助于所谓“超空间”，其中的维数多于四（“超空间”
的维度甚至可以不是整数，而是“分数型”的）。在日常生活中只有三个空间维度和一
个时间维度是可觉察的，但是真实的宇宙可能还有以普朗克长度为特征长度的附加维度
来完善自己。可以用一根长的软管子来作个简单比方。它有两个维度，一个是沿其长度
方向，只是稍有弯曲；另一个是在其横截的圆周方向，尺度小得多，而弯曲程度却大得
多。从远处看去，这根管子就会显得像一条线，只有一个维度，并且没有弯曲。
这些设想是很有趣的，但是还没有任何恰当的方案形成。由于没有任何实验检验，
物理学家只能依据理论需求行事，需求之一正是消除引力奇点。奇点将被代之以时空几
何的鼻子涨落，这种涨落将不导致无限大的物理量，但将具有阻塞转动黑洞的虫洞的效
能。这就是维护因果律的代价。
可以肯定的是，黑洞对量子引力的发展起着关键作用。最近已有研究者提出一个模
型，说是微观虫洞（其尺度是原子核的10“‘倍）能通过对量子时空力学的贡献来帮助
确定自然界所有基本常数的值。两个世纪前在一片冷漠中诞生，现在才长成的黑洞，其
生涯刚刚开始。后两章将更详细地说明，黑洞如何揭示出两个看似完全分离的物理领域
之间的深刻联系。
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黑洞
