宇宙最强的几个生命（一文看懂时间简史之谁是宇宙中最长寿的）

宇宙最强的几个生命（一文看懂时间简史之谁是宇宙中最长寿的）要再过一些年，物理学家才发现阴极射线其实是由一些微小的肉眼根本看不到的粒子组成的，这些粒子就是电子。1897年，英国物理学家汤姆孙将阴极射线放在电场和磁场里，结果他发现，这些射线不但可以被弯曲，而且还可以被反射，如果阴极射线是波的话，就很难解释这些现象。所以，汤姆孙认为阴极射线是由粒子组成的，他测量了这些粒子的电荷和质量的比例。他还用实验证明了，不论这些阴极射线来自什么气体，它们的质量都是一样的。1858年，德国物理学家普吕克尔用一种叫阴极射线管的东西做了一个重要实验。什么是阴极射线管呢？就是一个气体比较少的玻璃管中间有一个电极。在这个实验中，普吕克尔将阴极射线管接上电源，他发现，阴极射线管的管壁发出绿色的荧光，他觉得可能有什么东西在电极上被释放出来了。到了1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。在这一讲，我们会谈一谈宇宙中的各种基本粒子和一些

古希腊有几派哲学家，对宇宙的变化做过很多看起来可笑、仔细想想却是深入的思考。

首先，宇宙必须是变化的，否则我们无法谈论时间。我在第1讲中谈计时的时候，就说过古人用日晷计时，那是利用日出日落，这就是变化。现代电脑里的石英钟则是利用石英晶体振动，最精确的原子钟是利用光的振动。没有变化没有运动就不会有时间，所以，宇宙中的万事万物是不停地变化的。

这样看来，古希腊哲学家赫拉克利特认为世界上所有的东西都在变化，是很自然的。这位哲学家有一句名言：“你不能两次踏进同一条河流，因为新的水不断流过你的身旁。”但是，如果我们仔细一想，总会觉得他的观点有点毛病。比如说，我们能不能将他的看法推广到一切事物呢？如果下一个时刻的一块石头不是上一个时刻的那块石头，我们是不是要每时每刻给石头重新命名？

当然，作为现代人，我们知道了，其实我们还是可以认为有些东西是不变的，例如，一个基本粒子就是一个基本粒子；例如，我们认为，上一个时刻的电子和下一个时刻的电子是完全一样的。在古代希腊，最早看到这个最重要的现代物理学概念的人是德谟克利特以及他的老师留基伯，这两个人认为世界是由不可分割的原子构成的，只是，他们出生得太早了，根本无法用实验来证明他们的想法。

在这一讲，我们会谈一谈宇宙中的各种基本粒子和一些天体的寿命，这也是一个与时间有关的话题。

古希腊人中最聪明的一些人认识到宇宙中物质可以分割成不变的原子，但一直没有得到证实，在时间的长河中，这种深刻的认识被遗忘了2000多年。在物理学中，直到玻耳兹曼，为了解释热力学，才让原子论复活。但是，正如我在第2讲中谈到的，玻耳兹曼在世的时候，原子论一直没有得到主流科学家的承认，直到爱因斯坦用原子论解释了布朗运动，科学界才接受了原子论。

现在我们都知道了，一个原子是由电子和原子核构成的。很有意思的是，电子的发现，却比原子论被普遍接受的时间要早一些。

1858年，德国物理学家普吕克尔用一种叫阴极射线管的东西做了一个重要实验。什么是阴极射线管呢？就是一个气体比较少的玻璃管中间有一个电极。在这个实验中，普吕克尔将阴极射线管接上电源，他发现，阴极射线管的管壁发出绿色的荧光，他觉得可能有什么东西在电极上被释放出来了。到了1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。

要再过一些年，物理学家才发现阴极射线其实是由一些微小的肉眼根本看不到的粒子组成的，这些粒子就是电子。1897年，英国物理学家汤姆孙将阴极射线放在电场和磁场里，结果他发现，这些射线不但可以被弯曲，而且还可以被反射，如果阴极射线是波的话，就很难解释这些现象。所以，汤姆孙认为阴极射线是由粒子组成的，他测量了这些粒子的电荷和质量的比例。他还用实验证明了，不论这些阴极射线来自什么气体，它们的质量都是一样的。

后来，经过很多科学家的努力，原子模型被建立起来了：任何一个原子，中间是一个原子核，周围是一些电子。例如，在最轻的原子中，中间是一个最简单的原子核，也就是质子，外面是一个电子。并且，电子要比质子轻大约2000倍。

如果我们单独将电子隔离出来，一般认为，电子的寿命是无限的，也就是说，电子会永远存在下去。所以，电子看上去最接近德谟克利特心目中的“原子”，永远不会改变，永远存在下去。当然啦，如果我们将电子和它的反粒子也就是正电子放在一起，电子就不会永远存在下去了，电子和正电子会找到对方，湮灭成光子。我在《给孩子讲相对论》中谈到了狄拉克是如何预言正电子的，也谈到了电子的一位“老大哥”——谬子。

地球上的物质都是分子和原子，也就是电子和原子核构成的。那么，谬子是怎么被发现的呢？20世纪上半叶，一些好奇心很重的物理学家将可以测量电荷的静电计放在气球上，然后将气球放到数千米的高空，发现了很多在地面上看不见的宇宙射线。正如阴极射线是由电子组成的一样，这些宇宙射线也是由一些粒子组成的。

1936年，美国物理学家安德森在宇宙射线中发现，有一种粒子在磁场中弯曲得比质子射线厉害，却不如电子射线的弯曲程度。如果假设这种粒子的质量比质子小，比电子大，那么就可以解释这种现象，比如说，这种粒子比质子轻，在磁场中就比质子容易弯曲。安德森就这样发现了一种新的基本粒子，这种基本粒子就是谬子。

谬子的电荷和电子完全一样，质量却比电子大了差不多200倍。但这并不让人惊讶，让人惊讶的是，谬子不像电子那样寿命是无限的，它的寿命非常短，只有五十万分之一秒。

好奇的小伙伴可能会问了，那个时候原子钟还没有被发明出来，科学家是怎么测量这么短的寿命的呢？其实，当我们谈一个粒子的寿命的时候，我们是假设这个粒子的速度等于零，也就是静止的。现在，爱因斯坦的相对论就派上用场了。大家还记得吧，在爱因斯坦的相对论里，对一个运动的物体来说，它的内部运动看上去是慢动作的，比如说一个运动的时钟走得比静止的时钟要慢一点。越是以接近光速运动的物体，它的内部运动的动作越慢。同样，一个粒子在飞速运动的时候，它的寿命比静止的时候要长。在宇宙射线中的谬子的运动速度非常接近光速，所以谬子的寿命其实很长。

尽管飞速行进的谬子寿命可以被任意拉长，静止的谬子的寿命却十分短，短到我们用普通的石英钟都无法计量。为什么谬子的寿命这么短呢？在基本粒子的世界，其实我们应该问一个相反的问题，相比于谬子，为什么电子的寿命可以无限长呢？这是因为，根据我们的经验，自然中任何事物的寿命通常是有限的，一个生物是如此，甚至一块没有生命的石头也是如此。

就拿一块石头来说，它只要暴露在空气中，或者在水里，就会被侵蚀，时间长了，就会风化或者变成更小的石头。从原子分子的观点来看，石头是由原子分子构成的，这些原子和分子当然可能分离出一些，这样，一块石头就会变小，甚至彻底消失。

那么，物理学家是如何看待基本粒子的呢？就像古希腊人一样，现代物理学家是这样定义一个基本粒子的：它不能被分割成更小的粒子。基本粒子本身不能分割，却会从一种基本粒子变成另一种基本粒子，或者更多的基本粒子。而导致这种变化的，就是19世纪末发现的两种新的相互作用。

第一种新相互作用，和某些原子核不稳定有关，这种不稳定现象又叫放射性。放射性涉及的相互作用被称为弱相互作用，原因是这种作用比电磁力小很多。第二种新相互作用，就是将质子和中子结合在一起形成原子核的力，这种力比电磁力还要大很多，因此叫强相互作用。在此之前，人类已经知道自然界存在两种基本相互作用，或两种基本力，一种就是万有引力，另一种是电磁力。发现原子核放射性之后，人类才发现，原来在这两种力之外还有别的力存在。

最初发现放射性的人是法国物理学家亨利·贝克勒尔，和历史上很多重要物理学发现一样，贝克勒尔发现放射线也是非常偶然的。

伦琴

1895年，伦琴发现了X射线，尽管这是非常重要的发现，但X射线本身也是光子。伦琴在第二年年初公布了他的发现，轰动了世界，消息传到巴黎，法国科学院就讨论了伦琴的发现。贝克勒尔正好在场，他得知这种射线是阴极射线管打在物质上发出的，第二天就开始在自己的实验室里用荧光物质做试验。他用两张厚黑纸把感光底片包起来，然后把铀盐放在黑纸包好的底片上，他发现底片居然感光了，这说明铀盐会发出一种射线，也许是X射线。经过反复试验，他终于确证这与X射线无关，而是铀元素自身发出的一种射线，他把这种射线称为铀辐射。1896年5月18日，他在法国科学院报告说：铀辐射是原子自身的一种作用，只要有铀这种元素存在，就不断有这种辐射产生。后来我们都知道了。铀原子核本身不稳定，它的寿命是有限的，它会衰变成其他元素的原子核。

现在我们知道了，放射性涉及很复杂的过程，其中一种过程就是弱相互作用。科学家经过长达70年的研究，终于弄明白了弱相互作用到底是怎么回事。有一件事情非常重要，在自然界中，除了光子之外，所有基本粒子都参与弱相互作用。

现在我们可以解释孤立的电子为什么寿命是无限的，而谬子的寿命很短。电子和谬子都参与弱相互作用，这两种粒子看起来很像，只是谬子比电子重了200倍。电子为什么寿命是无限的呢？电子不可能通过弱相互作用衰变成其他粒子，因为它是带电粒子中最轻的，如果它衰变，衰变的产物必须有一个比它更轻的，所以它不可能衰变。

谬子就很不幸了，因为电子比它轻，它就可以衰变成电子加上其他粒子。真实的结果是，谬子会衰变成电子再加上两个中微子。那么，科学家为什么会花上70年才弄清楚弱作用呢？就拿谬子来说，它的衰变过程还挺复杂的。谬子先衰变成一个中微子和一个叫W粒子的东西，然后W粒子再衰变成电子和另一个中微子。

下面这张图展示了谬子衰变的过程，其中有三个粒子带有负号，意思是这些粒子带一个负电荷。两个中微子还有两个不同的下标，这是因为它们是两种完全不同的中微子。科学家经过漫长的研究，终于在20世纪60年代预言了W粒子的存在，预言这种粒子的人，就是我们在上一讲中提到的温伯格，以及他的中学同学格拉肖。

现在说一说温伯格和格拉肖的故事，这两个人是中学同学，当然他们预言W粒子的时候，早已不是中学生了。因为这两个人一生中的很多事情都有关联，所以我们同时讲他们的故事。首先，温伯格的全名是斯蒂芬·温伯格，而格拉肖的全名是谢尔登·格拉肖。他们的出生地都是纽约市，而且他们都是犹太人。格拉肖比温伯格大几个月，格拉肖是1932年年底出生的，温伯格是1933年5月出生的。巧合的是，他们进入同一所中学，也就是纽约的布朗克斯理科中学，并成了同班同学。这是一所很有名的中学，又是一家以科学为特色的中学，因此两位同学在中学时学习上就有了竞争。

犹太人有一个特点，就是希望后代成为知识分子，在精神领域获得成就。格拉肖的父母是来自俄国的移民，父亲是一名管道工，这样的家庭背景使得格拉肖从小就努力好学，希望脱离父母的阶层。无独有偶，温伯格的父母也是移民。他们在1950年从中学毕业后都去了康奈尔大学上学，同时在1954年大学毕业。大学毕业后，温伯格去了哥本哈根大学的玻尔研究所读了一年研究生，然后去了普林斯顿大学，并在1957年获得博士学位，真是神速，那一年他才24岁。格拉肖从康奈尔大学毕业后直接去了哈佛大学读研究生，不过他拿到博士学位的时间比温伯格晚了两年。格拉肖拿到博士学位之后，去了哥本哈根，在玻尔研究所隔壁的北欧理论物理研究所做博士后。

尽管格拉肖比温伯格晚两年才拿到博士学位，但他也挺幸运的，因为他的研究生导师是另一位著名犹太裔美国物理学家施温格。为什么说他很幸运呢？正是他的导师施温格影响了他，让他对弱相互作用产生兴趣。在那个年代，尽管物理学家发现了很多与弱相互作用有关的现象，比如谬子会衰变，中子也会通过弱作用衰变（我稍后再谈这个事情），但物理学家还没有一个解释弱作用的理论。

在玻尔研究所的时候，有一天格拉肖突然来了灵感，他想，弱作用很弱，这说明有一个中间过程，而这个中间过程发生起来很困难。什么是中间过程呢？比如说电磁力，一个电荷通过产生电磁场去影响另一个电荷，产生电磁场的过程就是中间过程。在第二次世界大战之后，格拉肖的老师施温格以及另一名著名物理学家费曼已经弄清楚了电磁力的完整理论，电荷产生电磁场的过程可以看成电荷发出一个光子，当这个光子被另一个电荷接收之后，另一个电荷就感受到了一个力。

在下页这张图中，有两个电子，还有一个光子用希腊字母表示。我们都知道，光子的质量为零，因此电子很容易辐射它，这样我们就能解释为什么电磁力比较强，同时电磁力也传递得很远。

回到格拉肖在气候阴沉的哥本哈根获得的灵感。他想起他的老师施温格曾经说过，弱作用也是通过一种像光子一样的粒子传递的，只不过这种粒子的质量比较大。当然，施温格之前并没有解决弱作用这个难题，因为，后来格拉肖意识到，需要三种新粒子才能完全解释弱作用，这是格拉肖在哥本哈根获得的最重要的灵感。格拉肖想到的三种粒子都是什么呢？一种就是前面谬子衰变过程中出现的那个带负电的粒子，又叫负W粒子，第二种是负W粒子的反粒子，也叫正W粒子，它会出现在反谬子衰变的过程中。格拉肖想到的第三种粒子，叫Z粒子，不带电。因为这三种新的基本粒子都在弱作用过程中扮演重要的角色，所以叫作中间玻色子。三种中间玻色子都很重，W粒子比质子重了80倍，Z粒子比质子重了91倍。正因为这些粒子都很重，所以谬子这样的粒子在发出它们时比较困难——就像我们扔一个很重的铅球。这样的话，弱力相比电磁力就弱很多，而且传递得不远。弱力传递得不远就可以解释为什么它只在原子核内发生。

格拉肖随后在1961年发表了关于弱作用的论文，这篇论文后来为他赢得了诺贝尔奖，当然，格拉肖不得不和另外两位物理学家共享这个诺贝尔奖，其中一位就是温伯格。

看来，从中学时代就竞争的两位同学中的格拉肖赢得了第一步。从1966年起，温伯格就开始思考他的竞争对手格拉肖的理论，他发现这个理论有一个重要的缺陷，就是如果把量子力学在其中扮演的角色考虑进来，就会出现问题。这个问题很专业，我就不仔细给大家讲了。总结成一句话，温伯格在格拉肖理论的基础上引进了第四种粒子，这种粒子很有名，叫作上帝粒子。有了上帝粒子，整个弱作用理论就完美了。1967年，温伯格发表了完整的弱作用理论，在这个理论中，温伯格还顺手将电磁力也包括了进来。比温伯格晚一年，在欧洲工作的巴基斯坦物理学家萨拉姆也发表了和温伯格一样的理论。1979年，格拉肖和温伯格以及萨拉姆一同获得了诺贝尔物理学奖。

萨拉姆

正因为中间玻色子的存在，很多基本粒子就有了有限的寿命，例如，谬子的寿命大约是五十万分之一秒。其实，中间玻色子的寿命更短。就拿负W粒子来说，它自己就会衰变成电子和中微子，因此它的寿命只有大约亿亿亿分之一秒。Z粒子也会衰变，比如说衰变成一个电子和一个正电子，同样，它的寿命也只有亿亿亿分之一秒。

小伙伴们都知道，原子是由电子和原子核构成的，原子核又是由质子和中子构成的。但是大家可能不知道的是，中子本身只有在原子核中才是稳定的，一出了原子核，它就不稳定了。原因是什么呢？简单地说，中子的质量比质子大了一点点，所以它会衰变成质子，加上一个电子，再加上一个中微子。为什么质量大一定会衰变呢？早在1905年，爱因斯坦就根据他的相对论得出质量就是能量的结论，那么，粒子的质量大能量就大，通常就不稳定，这就像一个铁球放在山坡上会滚下来一样。中子不带电，它如果衰变成一个质子，就必须顺带一个电子，这样质子加电子的总电荷为零。

中子因为会衰变，在真空中也就有了有限的寿命，但它的寿命比谬子可长多了，大约有14分钟半。当然，科学家早就搞清楚了，原来有些不稳定的原子核，就是因为里头的中子不稳定造成的，这就是著名的衰变。下面就是原子核通过中子衰变的示意图。

你可能会问了，为什么中子的寿命是14分钟多，但好多原子核的寿命比这个时间长很多很多呢？答案是，在不稳定的原子核中，中子的能量比它在真空中的能量要小，这是它们受到了原子核中质子和其他中子吸引的缘故。

到了20世纪60年代，一些物理学家发现，要解释原子核中质子和中子的互相吸引，必须假设质子和中子都不是基本粒子，而是由一种叫夸克的基本粒子构成的。但是，人们从来没有见过夸克，这怎么办？有一个很简单的办法，你可以假设在质子以及中子中，夸克是由弦一样的东西连接起来的，如果你拼命想拉断弦，弦是会断的，但是在断弦的两端又会出现新的夸克，也就是说，夸克从来不单独出现，它们总是出现在弦的两端。给大家看看质子的情况：

我们看到，质子中有三个夸克，两个u夸克，一个d夸克，那三根弹簧一样的东西就是我前面说的弦。比方说，假定我们拼命拉右上方的那个红色的u夸克，弦断了，但会出现两个新的夸克，一个连着原来的红色u夸克，成为一个新的粒子，另一个夸克还是和蓝色的u夸克以及绿色的d夸克待在一起，成为新的质子。当然啦，我们不可能真的跑进质子里头拉扯夸克，物理学家是在加速器中用别的粒子轰击质子，这样质子的能量就会变大，弦也就被拉断了。

现在，我们知道了质子是如何由夸克构成的，那么中子呢？下面就是中子由夸克构成的情况。

对比一下质子，我们看到，质子里面右上方的红色u夸克被红色d夸克取代了，这就是中子和质子的一点不同。正是这点不同，使得中子的质量比质子大一点点，原因是d夸克比u夸克重一点点。聪明的小伙伴这时可能会想到，中子衰变成质子正是由红色的d夸克衰变成红色的u夸克造成的。没错，情况正是这样，再看下页的图。大家看到，d夸克通过先衰变成u夸克和负W粒子，负W粒子再衰变成一个电子加一个中微子。这不就像谬子的衰变情况吗？没错，温伯格当年已经预言了这个衰变，或者说，他重新解释了中子衰变。

那么，现在我们可能会问了，夸克到底是谁提出来的呢？想到夸克的人，不是一个物理学家而是两个物理学家，他们在不同的地方各自想到的。这两个人，一个叫盖尔曼，我在《给孩子讲相对论》里谈到了他。另一个人叫茨威格，这个茨威格不是那个著名作家，而是另一个人，两个不同的茨威格差了50多岁呢。

夸克这个古怪的名字是盖尔曼想出来的。我在《给孩子讲相对论》中提到过，盖尔曼这个人懂得好多语言，正因为如此，他居然看得懂一本几乎是天书的小说，叫《芬尼根的守灵夜》。这本小说反正我看不懂，因为里面出现好几种欧洲语言。根据盖尔曼自己说：“1963年，我把核子的基本构成命名为‘夸克’（quark），我先想出的是声音，而没有拼法，所以当时也可以写成‘郭克’（kwork）。不久之后，在我偶然翻阅詹姆斯·乔伊斯所著的《芬尼根的守灵夜》时，我在‘向麦克老大三呼夸克’这句中看到夸克这个词。由于‘夸克’字面上意思为海鸥的叫声，很明显是要跟‘麦克’及其他这样的词押韵，所以我要找个借口让它读起来像‘郭克’。但是书中代表的是酒馆老板伊厄威克的梦，词源同时有好几种。书中的词很多时候是酒馆点酒用的词。所以我认为或许‘向麦克老大三呼夸克’源头可能是‘敬麦克老大三个夸脱’，那么我要它读‘郭克’也不是完全没根据。再怎么样，字句里的‘三’跟自然中夸克的性质完全不谋而合。”

怎么样，上面这段话已经充分显示盖尔曼的语言能力了吧？其实也显示了盖尔曼这个人喜欢卖弄的性格。那么茨威格是怎么称呼夸克的呢？他取了一个后来被大家遗忘的名字：埃斯，也就是扑克牌里的那个A。

好了，基本粒子的寿命我们就谈到这里，下面我们谈谈宇宙中其他东西的寿命。

首先，我们最关心的就是太阳的寿命了。俗话说“万物生长靠太阳”，太阳不仅照亮了我们的世界，它也是地球上几乎一切能源的来源，我们地球上的大气以及水在阳光的照耀下形成风以及云彩，植物在阳光的照耀下得以生长。那么，阳光是怎么产生的呢？这件事被科学家弄清楚也不过80年的时间。原来，太阳里面的温度高到让氢原子核不断地转变成氦原子核，在转变的过程中，一些能量变成了光，这就是热核聚变过程。尽管有大量的能量被产生出来，但这种过程还是比较慢的，这样，我们的太阳的寿命据估计大约还有50亿年。等太阳中心的氢经过热核聚变都转变成了氦，一种叫氦闪的短暂爆炸过程就会发生，太阳的外层被爆炸向外推，形成了红巨星。这个红巨星十分巨大，外围将波及我们的地球。

因为太阳已经存在了大约50亿年，所以太阳的寿命一共有100亿年左右。太阳变成红巨星时，它的内核会变成一种叫白矮星的东西。

我们会问，那么其他恒星的寿命有多大呢？科学家经过计算发现，越大的恒星寿命就越短。当然，这里的“大”指的不是这颗恒星直径有多大，而是指恒星的质量。为什么越大的恒星寿命越短呢？答案其实很简单，越大的恒星内部的温度就越高，热核聚变的速度也就越高，这样的恒星会很快将氢烧完。如果一颗恒星的质量比太阳大很多，在它烧完燃料的最后阶段会爆炸，变成超新星。比如说，蟹状星云就是一颗超新星爆发后留下的遗迹。

前面说了，质量越大的恒星寿命就越短。质量最大的恒星的寿命只有几百万年，它们变成超新星爆发后，中心的物质还有很多，一般都变成了黑洞。质量中等的恒星，例如我们的太阳，寿命大约有100亿年或者稍微短些。还有的恒星质量不到太阳的一半，这些恒星的寿命都很长，最长的可以达到几千亿年，比宇宙目前的年纪要大多了。

不同恒星爆炸后的结局不同，小恒星的中心会变成白矮星，中等恒星的中心会变成中子星，大恒星的中心会变成黑洞。从现有的知识来看，黑洞的寿命最长了，这是为什么呢？

几十年前，科学家认为因为黑洞不发光，也没有任何其他能量会从黑洞里面跑出来，这样黑洞就会永远存在下去，也就是说，黑洞的寿命是无限长的。1973年，情况发生了改变，因为那位著名的物理学家霍金发现，黑洞本身并不黑。1973年9月，霍金访问莫斯科，和当时苏联几位杰出的物理学家讨论，他们告诉霍金，按照量子力学的不确定性原理，一个转动的黑洞应该辐射粒子。霍金觉得这个说法靠谱，但是他不喜欢他们的计算方法。很快，两个月过后，霍金在牛津大学的一次非正式讨论会上公布了他的结论，他发现不转动的黑洞也能辐射粒子。

这是怎么一回事呢？首先，我要给大家回顾一下量子力学的不确定性原理。根据量子力学，任何物体其实并不像我们以为的那样每时每刻都有确定的位置。一般来说，一个粒子会同时在很多地方。粒子的位置是不确定的，其实任何物理对象都有不确定性，甚至真空也有不确定性。物理学家将狭义相对论和不确定性原理结合，然后发现，真空中会不停地产生粒子和它们的反粒子，只是，这些正反粒子成对地出现又成对地消失，平时不可能被我们看到。现在，霍金将黑洞放了进来，他发现，在黑洞的边缘，正反粒子对当然也成对地出现和消失，但是，由于黑洞的强大引力，会有一定概率将一对粒子中的一个吸入黑洞，而另一个粒子逃离了黑洞，这样，从表面上看，黑洞就辐射出了一个粒子。

你会问了，黑洞的边缘不是连光都跑不出来吗，那么，这个粒子是怎么跑出来的？这就是量子力学奇妙的地方了。其实，早在20世纪20年代，伽莫夫就用量子力学成功地解释了原子核裂变。根据经典理论，一个原子核中的粒子是不可能跑出来的，但是，不确定性原理容许一个粒子有一定概率跑出来。同样，在黑洞的边缘，一个粒子也有一定的概率跑出来。真空中成对的粒子出现，其中一个粒子会跑出来，都是不确定性原理的结果。

这样，霍金完成了著名的黑洞辐射的发现。但是，宇宙中的黑洞往往很大，黑洞越大，辐射就越慢。经过计算，物理学家发现，任何一个宇宙中的黑洞通过黑洞辐射消失的时间都是不可思议地长，远远长于一个小恒星的寿命。

总结一下，宇宙中最长寿的是孤立的电子，电子消失只有一种可能，就是当它遇到一个正电子时。至于质子，很可能也是最长寿的。中子的寿命很短，其他基本粒子的寿命就更短。黑洞是最长寿的天体。