問(wèn)題：

假如地球完全由質(zhì)子構(gòu)成，而月球完全由電子構(gòu)成，那會(huì)如何？

這是一個(gè)頗具破壞性的假設(shè)場(chǎng)景。

你的想象也許是，電子月球沿軌道繞著質(zhì)子地球運(yùn)轉(zhuǎn)，有點(diǎn)像一個(gè)巨大無(wú)比的氫原子。在某種程度上，這種假設(shè)模型是有意義的。畢竟事實(shí)就是如此，電子繞著質(zhì)子轉(zhuǎn)，衛(wèi)星繞著行星轉(zhuǎn)。而且，這種行星的類原子模型曾一度非常流行，盡管很快科學(xué)家就證明它對(duì)理解原子沒(méi)什么幫助。（這種模型在20世紀(jì)20年代就已經(jīng)基本被淘汰，但我在六年級(jí)的科學(xué)課上，還自己動(dòng)手繪制過(guò)這樣一幅精致的透視圖。）

如果將兩個(gè)電子放在一起，二者會(huì)相互排斥，努力飛離對(duì)方。電子帶負(fù)電荷，電荷間的斥力強(qiáng)于它們間的引力約20個(gè)數(shù)量級(jí)。

如果將1052個(gè)電子放到一起構(gòu)成一個(gè)月球，它們間的斥力之強(qiáng)可想而知。事實(shí)上，強(qiáng)大的斥力將使每個(gè)電子都被難以想象的巨大能量猛力推開(kāi)。

在本文假設(shè)的這種場(chǎng)景下，上文所說(shuō)的那種行星模型更是大錯(cuò)特錯(cuò)。月球不會(huì)環(huán)繞地球，因?yàn)樗鼈冎g幾乎無(wú)法相互影響。（我的意思是，此處現(xiàn)實(shí)中的月球被替換成一個(gè)與其質(zhì)量和大小都相當(dāng)?shù)?、由電子組成的球體，質(zhì)子地球的情況與此相同。其實(shí)還有其他解釋，但這不影響最終的結(jié)果。）企圖相互分離的斥力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它們之間的引力。

如果我們暫時(shí)忽略廣義相對(duì)論（當(dāng)然我們不能完全否定它，總還是要回到廣義相對(duì)論的），就能計(jì)算得出這樣的結(jié)論：電子間相互排斥的能量能夠?qū)⑺鼈兊乃俣燃涌斓浇咏馑伲ǖ粫?huì)超過(guò)光速。此情景下我們姑且忽略廣義相對(duì)論，但狹義相對(duì)論仍要遵守）。加速粒子達(dá)到這樣的高速并不罕見(jiàn)，一臺(tái)桌面粒子加速器就可以將電子加速到接近光速。但是，本文假設(shè)的月球的能量大大超過(guò)普通加速器所能達(dá)到的級(jí)別，要比普朗克能量還高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，即使是最大的加速器，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)能量水平。換句話說(shuō)，這里提出的這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)超出目前的物理學(xué)水平，進(jìn)入更高級(jí)別的理論領(lǐng)域，比如量子引力和弦理論領(lǐng)域了。

我聯(lián)系了辛迪·基勒博士，她是玻爾研究所的一位弦理論學(xué)家。我向她解釋了本文的假設(shè)場(chǎng)景，她也談了談她的想法。

基勒博士同意我們的觀點(diǎn)，即我們不能寄希望于計(jì)算出每個(gè)電子攜帶的能量，以此來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目前已有加速器所能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)范圍?！拔也幌嘈艈蝹€(gè)粒子的能量能超出普朗克能量。目前觀測(cè)到的最大能量來(lái)自宇宙射線，大約超過(guò)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的106倍，但這仍然小于普朗克能量。作為一名弦理論學(xué)家，我想說(shuō)，任何事情都有可能發(fā)生，但事實(shí)究竟是怎樣的，我們確實(shí)一無(wú)所知?！?/p>

幸運(yùn)的是，故事遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束。你還記得嗎，我們最初假設(shè)忽略廣義相對(duì)論不計(jì)。那么，在一個(gè)非常非常特殊的情況下，引入廣義相對(duì)論會(huì)使問(wèn)題變得易于解決。

在這種情形下，存在巨大的潛在能量——所有電子爆炸時(shí)產(chǎn)生的能量。這一能量將使時(shí)空發(fā)生扭曲，如同大質(zhì)量扭曲時(shí)空一樣。（如果我們讓能量爆炸，電子以光速相互遠(yuǎn)離，我們將會(huì)看到，能量實(shí)際上表現(xiàn)為質(zhì)量的形式，電子相應(yīng)地獲得了質(zhì)量。）那么電子月球具有的巨大能量，將大致相當(dāng)于整個(gè)可觀測(cè)宇宙的總質(zhì)量和能量。

當(dāng)整個(gè)宇宙的質(zhì)量和能量都集中在我們假設(shè)的這個(gè)（相對(duì)較小的）月球上時(shí)，它將嚴(yán)重地扭曲時(shí)空，其力度之強(qiáng)，足以克服1052個(gè)電子相互間的斥力。

基勒博士說(shuō)：“是的，這其實(shí)就是黑洞?！钡⒎瞧胀ㄒ饬x上的黑洞，而是帶有大量電荷的黑洞。（質(zhì)子地球也是這種類型的黑洞，只是所帶電荷數(shù)要比電子月球少。因?yàn)榈厍蛸|(zhì)量那么多的質(zhì)子所帶的電荷少于月球質(zhì)量電子所帶的電荷，所以盡管質(zhì)量懸殊，結(jié)果卻不會(huì)受到多大影響。）因此，相應(yīng)的反應(yīng)式也有所不同，并不是標(biāo)準(zhǔn)的施瓦茨西爾德半徑（施瓦德西爾茨半徑是所有具重力的質(zhì)量間的臨界半徑。在天文學(xué)上，當(dāng)一個(gè)天體的半徑低于施瓦茨半徑時(shí)，就會(huì)成為黑洞——譯者注）。這樣，我們就需要求助雷斯勒- 諾德斯特洛姆度規(guī)（雷斯勒- 諾德斯特洛姆度規(guī)是廣義相對(duì)論中描述靜態(tài)球?qū)ΨQ帶電物體的引力場(chǎng)的度規(guī)，是廣義相對(duì)論的一個(gè)著名的精確解。具有這種度規(guī)形式的黑洞被稱為雷斯勒- 諾德斯特洛姆黑洞——譯者注）。

在某種意義上，雷斯勒-諾德斯特洛姆度規(guī)將電荷的內(nèi)在力量比作重力的外拉力。如果電荷向外的斥力足夠大，黑洞外緣的事件視界很可能完全消失。這樣一來(lái)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)裸奇點(diǎn)，這是一個(gè)密度無(wú)限大的東西，光都無(wú)法從中逃脫。

一旦你假設(shè)存在這樣一個(gè)裸奇點(diǎn)，從某種層面講，物理學(xué)就已經(jīng)瓦解了。在這種情況下，量子力學(xué)和廣義相對(duì)論給出的答案近乎荒謬，而且是不同意義上的荒謬。有人認(rèn)為，物理學(xué)法則不允許這種情況發(fā)生。正如基勒博士所說(shuō)：“沒(méi)人會(huì)喜歡存在裸奇點(diǎn)這一事實(shí)。”

在電子月球的例子中，這些電子間的斥力如此之大，以致月心引力足夠強(qiáng)，那么奇點(diǎn)就會(huì)形成黑洞。不過(guò)，這個(gè)黑洞從某種層面來(lái)說(shuō)并不普通，它將是一個(gè)與可觀測(cè)宇宙同樣大小的黑洞。（一個(gè)與可觀測(cè)宇宙同樣大小的黑洞，直徑可以達(dá)到138億光年。宇宙的年齡大概是138億年，因此有人認(rèn)為我們的宇宙就是一個(gè)黑洞。但事實(shí)并非如此。）

如此巨大的黑洞是否會(huì)使我們的宇宙崩塌呢？這很難說(shuō)。答案取決于我們?cè)趺刺幚戆的芰窟@個(gè)概念。然而，究竟如何理解暗能量，沒(méi)有人能給出確定的回答。

但是，至少目前來(lái)看，我們的臨近星系是安全的。黑洞的引力影響只能以光速向外擴(kuò)散，我們周圍的宇宙對(duì)這一可笑的電子月球?qū)嶒?yàn)仍舊渾然不知。

延伸閱讀

馬克斯·普朗克，德國(guó)著名的物理學(xué)家和量子力學(xué)的重要?jiǎng)?chuàng)始人，與愛(ài)因斯坦并稱為20世紀(jì)最重要的兩大物理學(xué)家。

大約1894年起，普朗克開(kāi)始研究黑體輻射問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)了普朗克輻射定律，并在論證過(guò)程中提出能量子概念和普朗克常數(shù)，成為微觀物理學(xué)中最基本的概念和極為重要的普適常量。1900年12月14日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)，成為量子論誕生和新物理學(xué)革命宣告開(kāi)始的偉大時(shí)刻。由于這一發(fā)現(xiàn)，普朗克獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在物理學(xué)里，以普朗克命名的單位很多。普朗克能量是普朗克單位制的能量單位，標(biāo)記為Ep。盡管大多數(shù)普朗克單位都是很小的量，但普朗克能量是一個(gè)相當(dāng)大的量，大約相當(dāng)于一個(gè)閃電所需的能量。

在粒子物理學(xué)里，普朗克能量是一個(gè)很有用的物理量，特別是當(dāng)我們需要將引力效應(yīng)計(jì)算在內(nèi)的時(shí)候。普朗克能量是探測(cè)普朗克長(zhǎng)度所需的能量，也可以說(shuō)是在那個(gè)區(qū)域內(nèi)能容納的最大的能量。也就是說(shuō)，如果有一個(gè)直徑為1普朗克長(zhǎng)度的圓球，它包含1普朗克能量，則這個(gè)圓球會(huì)變成一個(gè)小黑洞。