四、黑洞熵和热力学

黑洞是宇宙中时空破裂的地方，也就是说如果我们能够在宇宙外看到整个宇宙的话，穿着四维时空衣衫的宇宙实际上是千疮百孔的，每个星系中心都有一个或多个大大小小的时空破洞，将一切靠近它的物质都疯狂地吞噬进去，没有任何逃脱的可能。

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在经典广义相对论范畴下，黑洞只有质量、角动量和电荷三个物理量，一旦确定了它们的值，黑洞就被唯一地确定下来，所以宇宙中的时空破洞看起来都差不多，这就是黑洞无毛定理。那么熵到哪儿去了呢？落入黑洞的物质，它们的熵就凭空消失了吗？那宇宙这个孤立系统岂不是违背了热力学第二定律？

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霍金指出，黑洞视界的表面积永远不会减少，黑洞合并后面积也不会小于原来黑洞的面积之和，这就是黑洞视界面积定理。普林斯顿大学的年轻学生雅各布·贝肯斯坦进一步指出，黑洞的表面积就是黑洞熵的量度，不违反热力学第二定律。

既然黑洞有熵，那么根据热力学第三定律它就应该有温度，进而产生热辐射，这就带来了一个不可调和的矛盾，不是说任何物质都不可能逃出黑洞吗？这就有点尴尬了。

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霍金灵机一动，既然宇宙时空在最细微的尺度上无时无刻不存在着量子涨落，不断地产生虚粒子对又马上湮灭，那在靠近黑洞的地方，这些虚粒子对又会是什么情形呢？研究和计算结果让人大吃一惊，它们有可能还没来得及湮灭就会坠入黑洞，当只有一个虚粒子坠入黑洞的时候，另外一个虚粒子就会获得质量被提升为实粒子，从而逃离黑洞，产生霍金辐射。

我理解这个问题就是，在大的尺度上你看不到黑洞的毛，但你走近了看，黑洞到处都是毛，当然前提是你要能走近黑洞。

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黑洞的熵和热力学定律强烈地暗示了广义相对论、热力学和量子力学之间在基本层面存在着深刻的联系，包含了强引力场中量子现象的本质，或许是我们揭示宇宙最深最隐蔽奥秘的最后堡垒。

一切都很完美，就等着实验来验证了，可惜霍金已经等不到了，今年3月，他已经永远坠入了生命破裂的地方——生命的黑洞。

上篇：生命、宇宙及一切亟待解决的42个终极问题：3、量子引力