团块
让我们返回到宇宙的极为遥远的过去，即150亿年以前。刚刚形成的宇宙并不是一
种均匀平静的“汤”，由于微小涨落的激发，物质在自身引力作用下趋于聚集成团块。
但是，像炉子里的蛋糕一样，宇宙由于大爆炸的力量而在膨胀。这种总体膨胀与局域凝
聚之间的对立是当代物理学最大的问题之一：某些团块究竟是怎么发展成星系的呢？似
乎宇宙的膨胀终究应该足以阻止局域的凝聚，以至于在宇宙的历史上，没有任何星系、
恒星、行星以及处在这个链条终端的生命能够出现。
星系的存在“实验”地证明，原初宇宙中的某些涨落能够增长，并与整体膨胀相脱
离。在这种凝聚过程中，密度反差，即团块相对于周围环境的质量超出，将无限制地增
大。在初始阶段这种反差很小，即使团块总质量已有几百M时，密度的相对超出也只不
过千分之一。而今天，对同样质量而言，密度反差已在ic万倍以上。引力干得多勤奋！
（太阳型恒星与星际介质的密度反差还要大：10”比1。）
厨师都知道，在火上搅动一锅酱汁时，小团块比大的更容易形成。因此也有这样的
可能，原初宇宙中那些大幅度的涨落使质量比星系小得多的物质首先凝聚成由引力控制
的物体。正是通过引人这样一种机制，史蒂芬·霍金于1971年建议了原初黑洞的存在。
前面讲过，由恒星坍缩而形成的黑洞质量在3的量级，对原初黑洞没有这种制约，
各种形状和尺度的黑洞都可以在宇宙早期形成，尤其是大小如基本粒子的微型黑洞。
有可能由天文观测来检验关于微型黑洞的思想吗？
碰撞中的世界
无疑地，最好是能在太阳系里找到微型黑洞。霍金提出，微型黑洞能被太阳捕获，
并逐渐地朝日心下落，与人们的直觉相反，太阳不会被这个小黑洞吃掉，小黑洞可以在
太阳里存在很长时间而没有任何可觉察的影响，只有在黑洞迅速增大的情况下太阳才有
危险。而事实上，被黑洞吞噬的太阳物质在消失之前会发出很强的辐射，辐射压对外部
物质的推斥作用将限制黑洞的增长速度。被吞噬的物质流与被释放的能量流相互调节，
使得黑洞周围区域就像一个极其稳定的核反应堆。这个有着“黑心”的太阳将平静地继
续着它的主序生涯，很难觉察到它的活动有什么改变。
这个独特的方案曾被用来解释地球上探测到的太阳中微子数与核反应理论预言的数
目之间的差异，不过它后来被抛弃了，因为能更好地解释这种差异而又更常规性的机制
占了上风（例如，中微子可能有非零质量，于是由假定零质量所计算的中微子流就会与
观测值不一致）。
还要指出的是，微型黑洞同我们地球碰撞的可能性是很小的，还不及大陨石撞上地
球的机会大。不过，小黑洞撞击已被作为俄罗斯通古斯卡那场著名灾祸的可能解释之一。
1908年6月30日，西伯利亚的叶尼塞河流域遭到一个自天而降的物体的破坏，伴随爆炸
而来的有光、声和力的现象。冲击波毁坏了周围的大片森林，杀死了数百只驯鹿，1000
公里以外的人听到了声响，窗户被击碎，房屋被晃动，天空被照亮，有一段时间亮得在
高加索都能半夜在户外看书。按照地震仪的记录，爆炸威力相当于1500颗扔在广岛的原
子弹。但是，20年后才对爆炸的地方作科学考察。15公里以内的树木被烧焦，30公里内
的树木被推倒，全都由爆炸中心向外倒伏，但是并没有标记撞击点的陨石坑。
对这场灾变的起因已经有了许许多多的说法，有的平庸，有的新奇。目前普遍接受
的一种是归于一颗流星，或者更准确地说是一块管星的碎片，一块由冰和石头组成的数
百米大小的碎片，逆着地球转动的方向以50公里／秒的速度落到地面上，就会产生在通
古斯卡所见到的效果。在大气中的蒸发以及大量粒子的注人使得没有一个坑或别的大痕
迹留下。最好的证据来自对在当地收集的碎石的化学分析，那些碎石主要由硅和镍铁块
组成，与管星的成分极为一致。
然而，这种证据并未能阻止两位美国天体物理学家提出一个根本不同的解释，即一
个微型黑洞穿过了地球，就像一把热刀穿透了黄油，又从地球的与通古斯卡相反的一侧
钻出来，而那一侧却碰上是南大西洋的中央，没有树或是窗户留下见证来告诉人们发生
了什么。
更深入的分析表明，黑洞在地球中穿过会导致地震波，但是没有观测到；黑洞钻出
来时还会伴随有大气冲击波，这也没有观测到。看来这种漂泊的微型黑洞的解释确令人
难以置信（不过还赶不上反物质块或是遇难的外星人飞船之类的解释那么离奇），只不
过是作为一种宣传材料而已。黑洞专家们是不会从这种宣传中获益的，如果黑洞随处可
以见到，那么反而显得不可信了。
短暂的生涯
由霍金依据量子力学所揭示的微型黑洞的基本特征，即以黑体辐射形式的质量蒸发，
看来才是探测这类黑洞的主要希望之所在。
密度涨落理论表明，低质量黑洞只能在宇宙早期形成，而黑洞的质量越小，蒸发得
就越快（黑洞的寿命与其质量的立方成正比）。质量为1吨的黑洞会在10’‘秒内蒸发
光，而质量为100万吨的黑洞则能存在10年。只有那些寿命比宇宙年龄（150亿年）长的
微型黑洞才能维持到今天，这些黑洞的初始质量最少得有10亿吨，这大约是一座山的质
量，而黑洞半径只有10－‘’厘米，同质子一样。
质量更大的黑洞的蒸发时间就比宇宙年龄要长得多，例如，IM黑洞的寿命大约是10
“年。这个巨大的数字并不出人意外，因为蒸发是一种量于现象，只发生在与基本粒子
直径相当的极小尺度上。因此，对于那些质量比一座山大的黑洞来说，蒸发是完全无关
紧要的，无论这些黑洞是在宇宙早期形成的还是后来在超新星爆发时形成的。实际上，
大黑洞质量增大的速率超过蒸发的速率。现在的问题是，目前正在蒸发的黑洞应当有多
大的初始质量。
要回答这个问题，首先要明白，黑洞并不是存在于完全的真空里，而是处在具有一
定能量的媒介物质之中。介质的能量至少等于作为原初大爆炸遗迹的宇宙微波背景辐射
的能量。这个宇宙“浴池”的温度是开氏27度。按照热力学定律，那些今天仍存在的原
初黑洞中，只有质量小于10’‘克的（相当于月亮的质量，而半径只有0．l毫米）才能
有高于开氏27度的温度，因而才能蒸发，把能量给予周围介质；而质量更大的黑洞则只
会吸收宇宙能量而增大自己的尺度。总之，质量小于矿5克的黑洞已经蒸发掉了，质量
在1015克到1026克之间的黑洞现在正在蒸发，而质量在1026克以上的，包括由恒星演化
形成的“第二代”黑洞，则都正在增大。
最后时刻
怎样才能观测到一个质量适当因而正在蒸发的黑洞呢？霍金的计算表明，在最后的
议1秒，蒸发变成爆炸，黑洞被突然地摧毁，其质量被转变成能量。这种能量以一种高
强度的伽玛射线爆发的形式消散，至少原则上距离为30光年以内的伽玛射线暴是可以探
测的。
由第一章 中的表1可以看到，伽玛辐射所转移的能量平均要比可见光辐射强100万
倍。这种辐射因而有着强穿透性，如果不”是被地球的上层大气阻挡，它对地球上的生
物将有致命危险。观测宇宙伽玛辐射的一种方法正是把大气本身作为探测器，伽玛射线
光子在穿过大气上层时，会把自己的能量转变成物质，产生粒子和反粒子的簇射。这些
粒子在产生的瞬间的运动速度等于真空中的光速，因此就比在空气中穿过的光还要快。
这种“超相对论”粒子进人地球的电磁场，类似于超声速的飞机那样，也会形成冲击波，
不过不是产生声撞击，而是产生一种可见光闪耀，称为切论可夫（Cerenkov）辐射。这
种辐射很容易在地面上探测到，因而长期以来被用以测量从宇宙空间到达地球的伽玛辐
射流。
由切伦可夫“光”探测到的伽玛辐射暴平均每年有几次，但是，它们并不具有微型
黑洞爆发的特征。当然，微型黑洞并不是天空中唯一的伽玛辐射源，事实上，除了这种
突然的辐射爆发外，还有一种强度较低的连续伽玛辐射已被在大气以外运转的卫星上的
仪器探测到。这个重要的发现表明，许多天文现象都能向星际空间发射高能辐射。关于
