黑洞的形成、碰撞、蒸发正在用来验证爱因斯坦理论的结果，并用来孕育新物理学，这些研究已在理论家的脑海和计算机中取得了很大成就。

在芝加哥，当人们谈论黑洞时，人人都知道有个钱德拉（Chandra）的故事。这位来自一座嘈杂小乡村的钱德拉，在1966年驱使基普桑（Kip Thorne）去了普林斯顿大学，并很快地在那里完成了他的大学学业。此后，桑在加州理工学院成为了一名广义相对论专家。桑在芝加哥停留的目的是为了见到伟大的天体物理学家钱德拉塞卡（Chandrasekhar）人们通常称他为钱德拉——钱德拉塞卡在1995年去世，享年84岁。桑拜访钱德拉的理由，“仅仅为了有个问题请教钱德拉。”桑正在考虑一个奇异的想法——从远处观测黑洞会发生什么事情。为此，他去朝圣的目的就是要请教钱德拉他是否在浪费时间。

钱德拉也曾处于这种局面。1932年，在一次从孟买到英格兰的航行中，他认识到质量超过太阳1.4倍的燃烧殆尽的老年恒星（白矮星）将无法抗拒引力从而坍缩。当上述观念逐渐完善后即被称作钱德拉塞卡极限，他宣称那些星体是高密度的奇异物体，或者是极其致密的物态。桑回忆当时情景说：“钱德拉再三向我保证，在黑洞上的研究至少能像他在白矮星上的研究一样，能和观测联系起来。”

这个建议是有预见性的。“中子星在一年后被发现了”桑说道，——中子星是致密的物质球。比通常星体密度高10亿倍，这是恒星坍缩后的结果之一。它们的发现不仅证明了钱德拉的想法，而且为天体物理学家接受更进一步的引力坍缩现象作好了准备，这些坍缩现象正是桑和另外一些科学家在探究的，斯蒂芬 · 霍金（Stephen Hawking）说：“这是钱德拉开创的事业。”

30年后，黑洞理论仍然沿着钱德拉的思路发展，正如在一本会议文集中指出的：当他们创造和研究新怪兽后，目前的观测远远落后，但他们确信观测领域会逐渐赶上来。然而当黑洞观测渐渐成熟起来，理论家也转向黑洞行为的细节研究。德国波茨坦爱因斯坦研究所的埃德 · 赛德尔（Ed Seidel）说：“该领域活跃到令人惊异的地步。”稍后，理论家们已设想出环形线状黑洞，觉察到黑洞线索——感谢霍金新的革命思想——可见的黑洞正在我们的鼻子底下吞噬信息。

赛德尔说超级计算机惊人的能力对这些设想是有助的，但是，真正的兴奋来自于试图理解广义相对论最纯粹创造物智力上的鼓舞：在黑洞中，曲率是如此之大，以致形成了一个“事件视界”，在那里光也无法逃逸。奥斯汀德克萨斯大学相对论中心的马太 · 肖帕退克（Matthew Choptuik）说，对于理论家试图掌握爱因斯坦方程的多重复杂性来说，最重要的理解是如何描写黑洞之间猛烈的相互作用。

洞中之洞

一个亟待攻克的目标是模拟两个轨道互相缠绕的旋转黑洞之间的相互作用力，当引力波作用时 · 它们逐渐螺旋着结合。这需要使用一种比当前超级计算机还要快数百倍的机器进行一星期的计算，并且整个过程将花费10¹²字节的内存，肖帕退克说：“这对于广义相对论来说是一个分水岭问题。”

甚至在计算物理学家试图解决这一问题之前，已经出现了意料之外的理论结果。一年前，康奈尔大学的赛德尔和绍尔 · 泰库斯基（Saul Teukolsky）得到一个简化形式的解以描写两个非旋转黑洞之间正面碰撞——他们首先得知两个事件视界是如何合而为一的（Science， 1995年10月10曰）。

这一过程能被想象作一条伸展在时空中的裤子，两“裤腿”在“裤腰”那里合并起来。裤腿作为会聚的事件视界的历史，事件视界是既不湮灭于黑洞之中，又永不逃逸的光线在时空中留下的轨迹。令人疑惑的是光线如何会聚在裤腰部位，在那里分开的两个事件视界合成为一个了。计算机模型显示，时空的规律与裤子内接缝上的光拱到裤腰部分形成新的事件视界不符。取而代之的是如下结论：模拟显示光线中的一部分被新的边界捕获，从而到达宇宙中其他一些地方，当黑洞碰撞时应在事件视界上闪烁从而得以观察。

后来，依利诺斯大学的泰库斯基和斯图尔特 · 夏皮罗（Stuart Shapiro）创造些数学思想，用以证明环形线状黑洞可能不存在。他们用一个坍缩物质的完全环面替代黑洞的“双车碰撞”，内部碰撞类似于一打雷诺轿车一起在巴黎交通要道交汇点上猛烈碰撞。“我们不知道关于黑洞碰撞的定理，所以我们就试图制造环形线状黑洞。”泰库斯基说，“我们成功了。”——尽管环形状洞在坍缩后不久总会封闭起来。

冷和热的黑洞

另一组理论家正在应用黑洞的神秘性作为完全超越爱因斯坦方程框架的一条线索。至今尚无人知量子力学（它描述物质和能量小尺度颗粒性）如何与相对论结合成为有效的“量子引力”理论，即通过何种途径可将颗粒性扩充到时间和空间。一条可能的路径是被称作为弦论的深奥数学理论（Science，1995年9月15日）。但是芝加哥大学的罗泊特 · 瓦尔德（Robert Wald），他也是钱德拉会议的主要组织者说，黑洞力学与温度及熵的经典概念（系统的随机度）有明显的相似性，也可能最终成为通向量子引力的路径。

瓦尔德提醒他的听众，在一个世纪前，热力学第二定律（该定律陈述 :任何一个与外界不交换能量和物质的系统，其状态的熵将不可避免地增加）有助于说服物理学家认为所有物质由原子组成。人们发现计及原子的运动后，就能证明这一定律。瓦尔德说，此后，理论家们又发现教科书上的力学与黑洞有类似性质，“这使得人们大吃一惊，我想发现者肯定是数学奇才。”

在这一类比中，事件视界的面积取代了熵的位置，就像气体被吞并或随着机械的推动总熵总是增加那样，当两个黑洞相互作用或者更多的物质落入黑洞，事件视界总是膨胀的。1974年霍金证明了黑洞也有一个温度，他发现黑洞应当辐射粒子，辐射来自于通常不能探测的粒子对，依照量子力学，粒子在整个空间中进进出出。在事件视界附近，粒子对中的一个粒子被吸入了黑洞而另一个粒子飞离了黑洞。他和其他科学家已经证明这一霍金辐射存在热能谱，其形状精确地类同于用一个特定温度表征的灼热物体辐射。在事件视界上黑洞吸引力愈强，则其温度愈高。

物理学家希望这样的对应将让他们理解故事的情节。纽约西拉库斯大学和墨西哥城ICM-UNAM的拉飞尔 · 索金（Rafael Sorkin）说，从黑洞熵倒过来看，黑洞视界正由许多大约为普朗克尺度的碎片所组成。一一在量子引力中普朗克尺度是所能想象出的最小尺度，索金仍然在精确地选择颗粒性有多大。但是他想，重要的是黑洞熵可以“引导我们了解时空本身的原子结构。”

然而物理学家承认，相似性来自于深层次的神秘性，正如作为对经典力学的自然解释，视界面积如何能够取代完全的体积。对于某些传统主义者来说，更加痛苦的是黑洞漠视真实的、例如落入其中的物质种类这样的信息，而仅能够显示熵的标准类型。霍金辐射允许黑洞慢慢地“蒸发” · 最终消失，但在消失过程中并不反馈任何黑洞已吞噬的信息。霍金说，这对于某些物理学家来说太不舒服了，“但对信息来说似乎有一种强烈的激动人心的附着物。”

霍金的谈话仅仅是加深了由于这一提议所产生的不愉快，这个过程是无所不在的：能被组合和蒸发，微观对充满了整个空间，就像Pac-Mans那样填满了各阶微观尺度。这样的黑洞可以破坏粒子物理中一些最神圣的守恒定律，例如吞食一种粒子而发射另一种粒子来体现它们的蒸发。

但是这一个怪诞的想法也适用于会议的结论，芝加哥大学（钱德拉在那儿度过了60年的教学生涯）的校长雨果 · 松亨欣（Hugo Sonhenschein）说：“称自己为彷徨者是惊人的历史重演”—— 彷徨者是钱德拉对自己最喜爱的描述之一—— “尽管存在如此多的不确定方法，但仍然深信你们能够超越想象去揭示这些奥秘。”

[Science， Vol，275，1997年1月24日］