經過42年的航行，飛船最後減速來到獵戶座星雲裡DAWN預言那兩個黑洞所在的地方。它們真在那兒。通過測量落向黑洞的星際原子的軌道運動，你證實了DAWN的預言，兩個視界沒有旋轉，每個黑洞重24個太陽質量。每個視界的周長為440千米，相距30 000千米；黑洞每13秒繞對方轉一圈。把這些數據代入廣義相對論的引力波反衝公式，你認定兩個黑洞將在7天後結合。12你的船員有充分的時間準備好望遠鏡攝像機，等著記錄結合的細節。通過拍攝星光聚焦形成的黑洞盤外的光環，船員們很容易監測黑洞的運動。
你想走得更近，看得更清楚，而又能很安全地躲過黑洞的潮汐力。你決定，飛船最好落在比黑洞軌道大10倍的軌道上——一個直徑300 000千米、周長940 000千米的軌道。卡麗絲把飛船引入那個軌道，船員們開始用望遠鏡進行攝影觀測。
在接下來的6天裡，兩個黑洞越靠越近，軌道運動也越來越快。結合前一天，它們的距離從30 000千米收縮到18 000千米，軌道週期從13秒縮短到6.3秒。1小時前，距離是8 400千米，軌道週期是1.9秒。1分鐘前，距離3 000千米，週期0.41秒。10秒前，距離1 900千米，週期0.21秒。
在最後10秒鐘裡，你和你的船開始搖晃了，先很輕，然後越來越劇烈。彷彿一雙巨手在抓住你的頭和腳，一會兒拉，一會兒壓，勁兒越來越大，動作越來越快。不過，來得快，去得更快，一會兒就不搖了，一切又安靜下來。
「怎麼回事？」你向DAWN嘟噥，聲音還在顫抖。
「提克哈依，提克哈依，」她安慰你說，「那是黑洞結合時產生的引力波的起伏的潮汐力。你習慣了只有用精密儀器才能探測出潮汐力的弱引力波。而這兒是在結合的黑洞附近，引力波非常強大——我們飛船的軌道假如小30倍，它就會被波動粉碎。但我們現在很安全，黑洞結合完了，引力波飄走了，它們飛向宇宙，為遙遠的天文學家帶去黑洞結合的交響曲。」1
你把望遠鏡對著下面的引力源，看到真像DAWN說的，黑洞結合完了。過去有兩個黑洞的地方現在只有一個。從下落原子的漩渦，你知道那個黑洞在快速地旋轉，它將成為你的船員和他們千秋萬代的子孫的理想發動機。
卡麗絲測量了飛船軌道，得出黑洞有45個太陽質量。原來的兩個黑洞共48個太陽質量，那麼一定有3個太陽質量轉化成了純能量，被引力波帶走了。難怪那些波曾那樣強烈地震撼著你！
當你調轉望遠鏡對著黑洞時，一個意外的東西從船外飛過，光亮向四面散開，然後在你的船邊炸開一個洞。訓練有素的船員和機器人立即各就各位，準備戰鬥，卻沒有發現攻擊你們的敵船——於是，你又請DAWN來幫忙。她通過飛船的語音系統安慰大家：「提克哈依，提克哈依。我們沒有遭遇攻擊。那不過是一個怪異的原生黑洞在蒸發，然後爆炸了。」2
「什麼？！」你喊了起來。
「一個原生黑洞，蒸發了，然後在爆炸中毀滅了。」DAWN冋答。
「說明白些！」你命令，「你說原生是什麼意思？你說蒸發和爆炸是什麼意思？你在說廢話。東西可以掉進黑洞，但沒有東西能出來；沒有什麼能『蒸發』。黑洞會永遠存在，它總在增大，永不收縮。黑洞不可能『爆炸』，不可能毀滅自己。那太離奇了！」
DAWN還是那麼有耐性，她告訴你，「大物體——如人、恆星和恆星坍縮形成的黑洞——都是經典的物理學定律決定的，如牛頓運動定律、愛因斯坦廣義相對論定律等。相反，小物體——如分子、原子和比原子還小的黑洞——是由一組大不相同的量子物理學定律決定的。3經典定律嚴禁正常大小的黑洞蒸發、收縮、爆炸和毀滅，但量子定律不像這樣，它們要求任何原子大小的黑洞慢慢蒸發、收縮，直到某個原子核大小的臨界周長。這樣的黑洞雖然小，卻重達幾十億噸，那時它必然會在巨大的爆炸中毀滅自己。幾十億噸的質量通過爆炸轉化為向外噴發的能量，比20世紀人類在地球上爆炸的最大的核武器的能量還大1萬億倍。剛才損壞我們飛船的就是這樣的爆炸。」
「不過你不必擔心會有更多的爆炸，」DAWN接著說，「因為小黑洞極少，所以這樣的爆炸也很罕見。小黑洞都是200億年前在宇宙大爆炸中生成的，這就是為什麼它們叫原生黑洞。大爆炸只產生了那麼些原生黑洞，而那些原生黑洞自誕生以來一直在慢慢地蒸發。偶爾會有個別黑洞達到最小臨界尺度而爆炸。4而一個黑洞在經過我們的船時爆炸，是極不可能發生的事情——我們不過碰巧遇到了；而且，我們的船極不可能再碰到這樣的黑洞了。」
你感覺輕鬆了，命令船員開始修理，而你和助手們則開始用望遠鏡觀測你們下面那個45個太陽質量的快速旋轉的黑洞。
黑洞的旋轉不僅表現在螺旋下落的原子，還表現在你們下面那個光環環繞的黑點的形狀；那黑點像個扁南瓜，赤道隆起，兩極平坦，正是黑洞旋轉的離心力產生的結果。5但赤道隆起並不對稱，盤的右邊（黑洞旋轉時離開你的那一邊）顯得比左邊更大。據DAWN的解釋，視界更容易捕獲沿它右邊向著你來而對著它旋轉方向的星光，不太容易捕獲從左邊來的順著它旋轉方向的光。
布裡特測量了黑點的形狀，並與廣義相對論的黑洞公式做了比較，發現黑洞旋轉的角動量是它的質量所能允許的角動量的96%。根據這樣的角動量和黑洞的45個太陽質量，你計算了其他一些性質，包括它的旋轉速率，每秒270周，和它的赤道周長，533公里。
你對黑洞的旋轉很感興趣，以前從來不可能這麼近地觀察旋轉黑洞。所以，雖然很過意不去，你還是請一個志願者機器人到視界近旁去探險，並把經過發回來。你對那個機器人（他叫科羅（Kolob））仔細下達了指令：「降到視界上10米的地方，靠你的火箭使自己靜止下來，浮在飛船正下方。還要靠你的火箭抵抗引力的向下吸引和空間的龍捲風漩渦。」
科羅喜歡冒險，他離開船艙，向下落去。起先，他輕輕點燃火箭，就能抵抗空間的漩渦，讓自己保持在飛船下面，但後來就困難了。當他到達的軌道周長為833公里，比視界大56%時，他的激光帶回了這樣的消息：「我頂不住漩渦；我頂不住了，頂不住了！」他像被龍捲風捲起的一塊石頭，被捲入了圍繞黑洞的軌道。6
「別擔心，」你告訴他，「盡可能頂住漩渦，繼續降落，直到視界上方10厘米。」
科羅答應了。他接著下落，被捲入越來越快的環行運動。最後，他停止下落，漂在視界上方10米的地方，卻幾乎與視界本身同步地飛旋著，每秒鐘270圈。不論費多大勁，都擋不住這種運動，因為空間漩渦，他永遠也停不下來。
「換一個方向加速。」你命令。「既然不能比每秒270圈轉得更慢，那你就轉快一些。」
科羅試了試。他加速火箭，想讓自己還在視界上方10米，但比先前運行更快。儘管他從火箭感覺到了平常的加速度，但你看他的運動卻幾乎沒有什麼改變。他仍然每秒鐘環行270圈；在你還沒來得及給他發出進一步指令時，他的燃料用完了，開始垂直下落；他發出的激光突然地掠過電磁波譜，從綠變紅，到紅外，到無線電波，然後變黑，而他的飛行卻沒有改變。他去了，落進了黑洞，落向你永遠也看不到的暴戾的奇點。
經過3個星期的痛苦、實驗和望遠鏡觀測，你們現在開始建設未來了。從遙遠的行星取來材料，在黑洞周圍建起環狀「大梁工程」，周長500萬千米，厚3.4千米，寬4 000千米。它旋轉的速度恰到好處，每小時轉兩圈，這樣，離心力正好能抵消大梁環中心（距裡外兩面各1.7公里）受到的黑洞引力。環的大小也是仔細考慮過的，喜歡1個地球重力的人可以在環的裡面和外面建設家園，喜歡重力輕一點的人可以住在中心附近。引力的差別，部分來自旋轉環的離心力，部分來自黑洞的潮汐力——用愛因斯坦的話說，即時空曲率。13
為這個環狀世界提供光和熱的電源來自黑洞：黑洞質量的20%以能量形式貯藏在視界附近的空間的龍捲風式的漩渦裡。7那是太陽一生所輻射的光和熱的10 000倍！因為在視界外面，那是能夠提取的。即使環狀世界只能利用50%的能量，也仍然比太陽的能量供應大5 000倍。
能量的汲取原理與類星體是相同的：8船員們將磁場穿過黑洞視界，雖然它有離開的趨向，你們還是利用巨大的超導感應圈（圖P.6）將它留在黑洞。視界旋轉時，在附近的空間產生龍捲風漩渦，它反過來又與穿過的磁場相互作用而形成巨大的發電機。磁力線充當著輸電線。電流從黑洞赤道流出（表現為電子從這裡流進），沿著磁力線流向環狀世界，將能量送到那兒。然後，它沿著別的磁力線離開環狀世界，從南北兩極流進黑洞（表現為質子從那兒流進）。通過調節磁場強度，環狀世界的居民可以調節能量輸出：早期的磁場弱，能量小；晚期的磁場強，能量大。隨著能量的汲取，黑洞旋轉會逐漸變慢，但仍然要過億萬年它才能耗盡所貯藏的巨大旋轉能。
圖P.6 圍著黑洞的大梁環上的城市和城市從黑洞的旋轉汲取能量的電磁系統。
這個人造的世界就是船員的「家園」，是他們子孫萬代的家園，也是他們未來探索宇宙的基地。但是，你不喜歡這兒，你懷念地球和地球上的朋友，他們一定已經死去40多億年了。你真想在你200年生命的最後1/4回到如詩如畫的青年時代，那是很冒險的，也許不會有結果，但你還是想試試。
走向未來是很容易的，如你們經歷的黑洞航行；回到過去卻沒那麼簡單。實際上，物理學的基本定律也許完全禁止這樣的旅行。不過，DAWN告訴你，20世紀的物理學家曾猜想，通過一種叫蟲洞的假想的空間捲曲，也許可以實現回到過去的時間旅行。9這種空間捲曲由兩個人口（蟲洞口）構成，像兩個沒有視界的黑洞，在宇宙中可以分離很遠（圖P.7）。從一個洞口進去的東西會發現一個很短的通道（蟲洞的喉），通向另一個洞口。這條通道在超空間延伸，不穿過正常空間，所以從我們的宇宙看不到它。DAWN解釋，通過蟲洞的時間與通過我們宇宙的時間，在連結方式上可能大不相同。沿一個方向穿越蟲洞，如從左到右，人們可能回到宇宙的過去，而從反方向穿越，即從右向左，他可能會跑到時間前頭。這樣的蟲洞不僅是空間捲曲，也是時間捲曲的結果。
圖P.7 一個假想蟲洞的兩個洞口。從一個洞口進去，穿過一條短短的（蟲洞喉）在超空間而不是我們宇宙中的通道，你會從另一個洞口出來。
DAWN告訴你，量子引力定律要求，應該存在這種類型的非常微小的蟲洞。10這些量子蟲洞的大小只有10-33厘米，它們的存在也只是瞬間的事情——短短的10-43秒，當然不能用來作時間旅行。14它們出人意料地閃現，又出人意料地消失——忽來忽去，又似乎無處不在。碰巧，可能有個蟲洞，一個洞口在今天的環狀世界附近，另一個洞口在40億年前你們啟程遠航時的地球附近。DAWN建議，在蟲洞閃現時抓住它，然後像小時候吹氣球那樣讓它膨脹，保持洞口打開，讓你穿過它回到年輕時的故鄉。
但DAWN也警告你，那是很危險的。物理學家猜想（儘管還沒有證明），在膨脹的蟲洞成為時間機器前的那一瞬間，它可能就在劇烈的爆炸中自我毀滅了。宇宙可能通過這樣的辦法來阻止它自己出現時間旅行的怪圈，例如，一個人可以回到過去，在母親懷他之前將母親殺死，從而不讓他出生來殺害母親。11
如果物理學家猜錯了，DAWN就可以讓蟲洞打開幾秒鐘並張開足夠你穿過的喉管。你在旁邊等著，然後鑽進去，經過幾分之一秒（你自己的時間），你就回到了40億年前你年輕時在地球的家鄉。但是，假如時間機器自我毀滅了，你也會隨它而去。你決定碰碰運氣……
上面的故事像科幻小說，是的，的確有點兒像。我無法保證織女星旁有10個太陽質量的黑洞，銀河系中心有100萬個太陽質量的黑洞，或者宇宙什麼地方有15萬億個太陽質量的黑洞；這些都是虛構的，然而卻是合理的。我自己也懷疑，人類是否有力量成功進行星系際旅行，或者星際旅行，他們是否能在黑洞的周圍建成大樑上的環狀世界。這些也是虛構的。
不過，我能很有信心（當然還不能徹底）地保證，我們的宇宙存在著黑洞，它們具有故事裡描述的那些性質。假如你的飛船漂浮在15萬億個太陽質量的黑洞視界上方，我保證船裡的物理學定律與地球上的是一樣的；當你看船外周圍的天空時，你會發現整個宇宙都暗下來了，只有一個明亮的小光盤在照著你。我保證，假如你讓一個機器人到旋轉黑洞的附近去探險，不論它如何發動火箭，都只能以黑洞自身的旋轉速度（在我說的例子中，即每秒270周）進退。我保證，快速旋轉的黑洞能將它質量的29%作為旋轉能貯藏起來，如果我們足夠聰明，是能汲取和利用它的。
我從沒見過黑洞，怎麼能有信心保證這些事情呢？實際上，沒人見過黑洞，天文學家也只發現了一點兒間接的黑洞存在的證據，12而關於它們的那些具體性質，什麼觀測證據也沒有。我憑什麼那麼大膽地保證那麼多的東西呢？原因很簡單。假如我們理解正確的話，物理學定律預言那些黑洞性質，而且是毫不含糊地預言，實際上跟它們預言地球上的海洋潮汐（每次高潮和低潮的時間和高度）是一樣的。根據牛頓的物理學定律，可以從數學公式導出從1999年到2010年的地球潮汐序列；同樣，根據愛因斯坦的廣義相對論定律，可以從數學計算導出黑洞視界和外面的一切性質。
我為什麼相信物理學基本定律的廣義相對論描述是高度精確的呢？畢竟，我們知道牛頓的描述在黑洞附近不再準確了。
基本定律的成功描述本身都暗示著它會在什麼地方失效。13牛頓的描述告訴我們，它可能在黑洞附近失效（當然，我們只是在20世紀才從牛頓的描述中發現這一點）。同樣，愛因斯坦的廣義相對論描述的可靠性表現在黑洞外、視界上和幾乎一切（但不完全）都落向它的中心奇點的黑洞內部。這是令我相信廣義相對論預言的一個方面；另一方面的事實是，雖然廣義相對論的黑洞預言還沒有被直接檢驗過，但廣義相對論的其他特徵已經在地球上、在太陽系、在由兩顆緻密奇異的所謂脈衝星構成的雙星系中找到了高度精確的驗證。廣義相對論成功經歷了每一個考驗。15
在過去的20年裡，我參與了有關的理論物理學探索，得到了現在這些黑洞的認識，我也在探索通過天文學觀測來檢驗黑洞的預言。我個人的成績是渺小的，但與物理學家和天文學家同行在一起，我經歷了探索的興奮和發現的驚奇。我想盡可能地在這本書裡把那些興奮和驚奇的感覺帶給天文學家和物理學家以外的朋友們。
[1] 第10章。
[2] 第12章。
[3] 第4～6，10，12～14章。
[4] 第12章。
[5] 第7章。
[6] 第7章。
[7] 第7，11章。
[8] 第9，11章。
[9] 第14章。
[10] 第14章。
[11] 第14章。
[12] 第8，9章。
[13] 第13，14章。