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有些人将布莱斯·德威特（Bryce DeWitt，1923—2004年）誉为“量子引力之父”。他是早期移民美国的犹太人后代，对量子场论也有所贡献：例如在研究使用路径积分的方法将规范场量子化时提出的“鬼场”的概念，为量子场论提供了一种很重要的数学方法。布莱斯从1948年在哈佛读博士开始，论文课题就是量子引力方面的工作，一直到2004年去世，在50多年中的奋斗目标始终是试图将量子和引力统一起来，但最终未修成正果。
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那时候的得州大学相对论中心，还有英国物理学家丹尼斯·夏玛（Sciama，1926—1999年），他是史提芬·霍金的老师，是天体物理和宇宙学方面的专家。夏玛从1978年到1983年，每年有一半的时间待在奥斯丁。当时，他和他的一个学生艾德里安·梅洛特（Adrian Mellot），对暗物质的研究特别感兴趣。
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引力在4种相互作用中强度最弱，但涉及之物质范围最广，凡具有质量的物体之间便有引力存在，连暗物质和暗能量也不例外，但其秘密为何如此难以破解？也许其原因归根结底是因为它和难以理解的时空概念联系在一起？爱因斯坦的两个相对论驱动我们探索时空的秘密，揭开了时空奥秘面纱的一角。它认为时空不是孤立和绝对的，而是物质存在的形式。大爆炸的宇宙模型更是使得“时间”的固有观念彻底崩溃。因为在大爆炸之前，无所谓“之前”，在坍缩之后，无所谓“之后”。可是时空本身到底以什么形式展现，如何确切地描述却仍然是一个待解之谜，也许这个古老的问题永远也不会有最后的确切答案。
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广义相对论与量子理论似乎水火不容，难以统一。致力于统一这两者的物理学家们，早早地就分成了两派。基本上可以把他们归结为：试图从广义相对论出发来统一量子的一派，如惠勒等的《引力》一书是其代表；试图从量子出发，再加上引力的另一派，有温伯格的《引力和宇宙学》一书做代表。前者扩展了广义相对论“背景独立”的思想，因为根据广义相对论，引力背景本来就是从场方程中解出来的，并没有预先设定的固定时空作为背景，这一派之后发展成为圈量子引力理论。从量子场论出发的引力量子化则很难做到“背景独立”，因为历史地看，量子力学的方程，无论是薛定谔方程或狄拉克方程，都是在一个固定的“时空背景”框架下建立的，其解依赖于这个背景，这一派最后发展成弦论、超弦、M理论。后一派是基于量子场论，由于量子电动力学、量子色动力学以及标准模型等理论的成功，弦论派自然而然地人多势众，雄心勃勃，其理想、目标和影响都要比圈量子引力派高出一筹。目前的大多数物理学家，也将其视为最有希望作为“万有理论”之候选者的物理理论。至于这个终极理论是否真的存在，那就可能是属于哲学范畴的问题了。并且，这个问题的最后答案是什么，也许只有时间才能告诉我们。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970793]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 6．轮椅上的奇迹
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1963年，21岁的史蒂芬·霍金（Stephen William Hawking，1942— ）还只是剑桥大学一个学生，却被医生宣判只有两年的生命了，因为他患上了一种罕见而致命的肌肉萎缩症。但霍金不愿屈服于命运的安排，要向医生的论断挑战，他坚强地在轮椅上活了下来。如今，50多年过去了，霍金在轮椅上创造了一个又一个理论物理的奇迹。他不仅活着，还活得很精彩。他克服了全身瘫痪、完全不能发声等一般人难以想象的困难，成为了黑洞研究领域及宇宙学方面的带头人。
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霍金年轻时就对黑洞的经典引力理论感兴趣。1971年，他发表了有关黑洞的3篇重要论文，第一篇是研究大爆炸早期形成的“原生黑洞”；第二篇证明了黑洞的“无毛定理”，意思是说，无论黑洞是如何形成的，它只具有三种属性：质量、角动量、电荷；第三篇指出：黑洞的事件视界表面面积永远不会减少，被称为“黑洞热力学第二定律”。
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黑洞是广义相对论所预言的事件视界包围着的一个时空奇点。如图6-6-1（a）所示，黑洞附近的引力场异常强大，以至于掉进事件视界以内的任何事物都不能逃出来，即使是光线也不能逃离黑洞。事件视界是由史瓦西半径所决定的一个球面，可以看作是黑洞的某种“表面”。因为对黑洞而言，任何物质粒子都是只进不出，因此黑洞的质量便只有增加而不会减少。黑洞的事件视界面积与质量有关，所以视界面积便也是只增不减。惠勒当时在普林斯顿大学的一位研究生雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein，1947—2015年），受到霍金论文的启发，认为“视界面积只增不减”的说法，听起来非常类似于热力学中的“熵”增加原理。于是，贝肯斯坦首次提出了黑洞拥有熵的概念，并认为黑洞的“熵”与其表面积成正比，视界表面积可以作为黑洞的熵的量度，从而建立了黑洞热力学。贝肯斯坦将黑洞物理与热力学作进一步类比，如果任何物体具有“熵”的概念，便能够定义温度，即使是绝对的“黑体”，在一定温度下也应该有“黑体辐射”的现象。
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图6-6-1 黑洞物理和霍金辐射
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霍金当时并不同意贝肯斯坦的观点，认为它与黑洞的经典性质相抵触。但是，霍金于1974年发现的“霍金辐射”，实际上支持了黑洞具有“熵”的说法，因此霍金后来承认了贝肯斯坦理论的正确。
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黑洞不是只进不出吗？为什么又具有“辐射”现象呢？霍金在《黑洞爆炸？》一文中，将量子的概念用以解释黑洞的辐射。霍金认为，由于真空能量的涨落，在黑洞事件视界的邻近区域会出现许多由“正负能量粒子”构成的虚粒子对，它们不断生成又不断湮灭。在它们短暂的生命期间内，这些微观粒子遵循量子力学的“不确定性原理”，大多数情形下在黑洞的事件视界附近转圈，见图6-6-1（b）。但有少数时候，虚粒子对中的一个（粒子A）有可能掉进了黑洞，如同图6-6-1（a）中不小心的爱丽丝那样，再也回不来了。丢下伤心欲绝的鲍勃孤身一人在黑洞外游荡。如果是考虑图6-6-1（b）那种许多虚粒子对的情况的话，如果粒子A被黑洞“俘获”，粒子B则从虚粒子转化成具有能量的实粒子，可以跑到无穷远。如此而逃离黑洞事件视界的所有B粒子，便构成了“霍金辐射”。
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霍金对黑洞辐射量子力学的解释颇能令人信服，也从此开启了黑洞的量子引力研究。不过，霍金辐射的强度非常小，例如，一个质量为太阳质量（1030kg）的黑洞，其霍金辐射温度为10-7K，远远低于宇宙微波背景辐射的温度（2.7K）。因此，天文观测和实验室中观察到不少黑洞的候选者，但至今尚未有确实的证据证明“霍金辐射”存在。
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霍金辐射的能量来源于黑洞，由理论计算可知，黑洞的质量越小，霍金辐射就越大。因而，对某些黑洞，就有可能因为辐射而使其质量不断减少，最后消失了。这种现象被称为“黑洞蒸发”。黑洞最终的命运是因“蒸发”而消失，这个结论会导致很多问题，“信息悖论”（或称黑洞佯谬）便是其中之一。
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黑洞佯谬是霍金在1981年于旧金山举行的一次讨论会上提出的，之后遭遇不少反对意见，引发一场所谓“黑洞战争”。在此不作详细介绍，读者可参阅参考文献[50]。
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霍金对黑洞的经典物理和量子物理方面都作出了重要贡献。除此之外，他还写了好几本科普书籍，将深奥的物理概念介绍给非物理界大众。其中《时间简史》一书一度成为位居榜首的畅销书。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970794]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 7．威滕的菲尔兹奖
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1951年，也就是爱因斯坦在72岁寿诞时留下他那一张著名的吐舌头照片的那一年，一个婴儿降生在美国巴尔的摩的一个研究广义相对论的犹太裔理论物理教授家里。他就是现在普林斯顿高等研究院的数学物理教授，如今已成为最著名的理论物理学家之一的爱德华·威滕（Edward Witten，1951— ）。
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尽管他的父亲路易斯·威滕是研究广义相对论的理论物理学家，但年轻时威滕的梦想却是走向人文之路。他高中毕业后进大学主修历史，打算将来成为一名政治家或记者，毕业后还曾经参与支持一位民主党候选人的总统竞选工作。不过后来，他感觉从政的道路上容易迷失自我，因此“半路出家”而杀向了理论物理。从他21岁进入普林斯顿大学研究生院开始，他对物理及数学的兴趣骤增，并且钻进去便一发不可收拾。由于威滕在物理及数学领域表现出与众不同的才能，29岁便被普林斯顿大学物理系聘为教授。（图6-7-1）
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