熱力學第二定律告訴我們：任何封閉的系統(tǒng)，都會越來越混亂無序——如果用“熵”這個概念描述系統(tǒng)的混亂程度，那么任何封閉系統(tǒng)的熵都會永恒增加，這種宏觀上的不可逆性標定了宇宙的時間之矢。

然而廣義相對論問世以后，一個尷尬的佯謬就漸漸浮出了水面：1939年，奧本海默根據(jù)愛因斯坦的方程，提出足夠巨大的恒星將在死亡時。坍縮成引力巨大，連光都無法逃逸的殘骸，使得物質(zhì)無窮堆積，時空無限彎曲，超出所有人的理解。

1969年，約翰·惠勒將這種未知的存在稱為“黑洞”，并提出了黑洞只有質(zhì)量、電荷量和角動量三個守恒量，其余一切物理量都被巨大的引力“撕碎”在視界之內(nèi)了——這個假說在1973年被霍金等人證明，就是著名的“黑洞無毛定理”。

那么不妨設想：如果將熵很大的物質(zhì)，比如一整顆熾熱的恒星，囫圇扔進黑洞中去，也將被洗刷得這樣干凈——那么其中的熵哪里去了？

如果要堅守熱力學第二定律，就必須承認黑洞也有熵，有熵就有溫度。

有溫度就有輻射——然而黑洞連光都不會放過，又怎么輻射能量呢？這真是一個尷尬的難題。

然而才到第二年，已經(jīng)失去語言能力的霍金又給出了黑洞向外輻射能量的方式，就是更著名的“霍金輻射”了——我們要想理解這種輻射，還需要一些量子論的鋪墊。

在經(jīng)典物理中，宇宙中的物質(zhì)和能量不會憑空出現(xiàn)，也不憑空消失。

比如電子與正電子相遇會成對湮滅，轉(zhuǎn)化成光子，光子攜帶的能量將等于兩個電子的質(zhì)量，而足夠高能的光子也可以突然分裂成一對電子和正電子——但在微觀的量子世界，這事兒可就說不準了，在測不準原理的袒護下：真空中可以憑空出現(xiàn)一對正反粒子，隨后又在極短的時間內(nèi)相遇湮滅——整個過程只需滿足這對粒子的質(zhì)能與持續(xù)時間的乘積小于普朗克常數(shù)，這對粒子就會因為“測不準”而無法觀測，也就不會違背質(zhì)能守恒定律——所以我們叫它們虛粒子。

虛粒子意味著真空并不空，而如同沸騰的水面被不斷涌現(xiàn)的虛粒子充滿著——雖然聽上去非常怪誕，然而當代物理就是用虛粒子模型完美解釋了各種相互作用。

然而霍金輻射指出，在黑洞的視界附近，這些真空中涌現(xiàn)出來的虛粒子突然有了實化的機會：這一正一反兩個粒子存續(xù)地時間雖然很短，但也有可能因為靠近黑洞視界而墜落進去。

特別的，這種墜落不必同時發(fā)生，甚至另一個粒子也可能不落入視界，因為它已經(jīng)沒有湮滅的伙伴，可以久遠地留存在宇宙中了，那么當它離開黑洞的時候，就表現(xiàn)為黑洞發(fā)出了輻射，也就是霍金輻射。

進一步的，一對虛粒子中的某一個變成了實粒子，它們獲得的質(zhì)量就來自黑洞——所以在長遠看來，所有饑餓的黑洞都會因為霍金輻射蒸發(fā)消失——正如霍金在2016年闡述的，“只有灰洞，沒有黑洞”。

霍金輻射不但解決了“黑洞熵”的難題，還帶來了另一種奇妙的宇宙觀：熵在描述物體狀態(tài)的時候蘊含了物體的信息，那么當物體墜入黑洞的時候，這些信息就留在了黑洞的視界上。

這意味著視界內(nèi)部這個三維空間的全部信息都編碼在了視界表面這個二維平面上，墜入黑洞并不意味毀滅。

于是一種基于弦論的全息宇宙論就提出：我們這個世界是另一個“高維”世界的全息投影，我們?nèi)粘ｓw驗的三維空間是一種宏觀低能的描述，甚至可以想象成我們就生活在一個黑洞內(nèi)部——這真是一件觸發(fā)幻想的事情。