我曾经介绍说D-膜是时空中弦可以终止的地方。我们可以用另外一种方法去设想它们：它们是温度为零的黑洞。当我们有很多膜的时候，一个在另一个的上面，我们这样去设想膜很棒。让我们由D0-膜开始。正像我刚刚在上节解释过的，在超弦理论中，两个D0-膜之间不存在任何的净力。它们的引力吸引正好被它们的静电排斥抵消，它们将不会像D0-膜和反D0-膜那样相互湮灭。所以我们可以考虑两个D0-膜，一个被放在另一个的上面，甚至任意多个，而不必担心会发生类似湮灭这样剧烈的过程。但D0-膜越多，它们附近的时空扭曲得就越厉害。时空的扭曲就是黑洞的视界。让我们把这件事再说得合理一点，考虑有一百万个D0-膜，一个在另一个的上面，然后还有一个独立的D0-膜在它们的附近运动。这个独立的D0-膜既感受不到吸引的力也感受不到排斥的力。实际上，这么说是值得警惕的。如果这个D0-膜不运动，那么它就感受不到任何净力的作用。如果它是运动的，那么它就会受到其他膜微小的拉力作用。类似的拉力可以防止这上百万个D0-膜互相离散开来。但对一个反D0-膜情况就会变得很不一样。它同时受到引力和静电的吸引，就像我刚刚描述的那样。当它距离这一大簇上百万个D0-膜很近的时候，它就像湖里非常靠近排水沟的一条鱼。它将被吸进去。只要离得足够近，任何物理过程都无法让它逃出来。这实际上就是黑洞的视界概念。
我们说视界的温度是零度又是什么意思呢？这更难解释。它与独立的D0-膜的行为有关，它感受不到任何来自那一大簇膜的净力。我们发现这个没有任何力的条件和温度为零有密切的关系。这两个性质都由超对称保证。关于超对称我将推迟到第7章中讨论，但这里可以先介绍两条相关陈述，这样我们可以逐渐对超对称熟悉起来。首先，超对称与引力子和光子有关。引力子控制引力相互作用。光子控制静电吸引或排斥。超对称暗含的关于引力子和光子之间的特定关系说明引力和静电力是等价的。其次，超对称保证D0-膜是稳定的。这意味着在弦论中D0-膜不会再变为更轻的物体了——除非它和一个反D0-膜相遇。所以一个D0-膜，尽管是重的，但它不会像铀-235原子核那样会衰变为更轻的原子核，比如一个氪和一个钡。正如我们在第1章中介绍的那样。
图5.5 左上：一簇具有热能的D0-膜。右上：D0-膜附近形成的视界可以用来描述其热学性质。左下：一层层堆积起来的三个D3-膜。膜之间弦的行为就好像是胶子，而且能够提供热能。右下：D3-膜附近形成的视界可以用来描述其热学性质。
一大簇D0-膜也是稳定的。它们没法衰变为其他任何东西。当它们靠近的时候，它们仅仅能发生一些振荡而已。这种振荡就好像是一大块煤中的原子可以发生热振荡。你也许还记得，热振荡可以根据公式E=kB T被表示为能量。这里E表示由于热振荡而导致的额外的能量。比如，你可以把这个公式用于一块无烟煤中的碳原子上，E表示由于热振荡原子所具有的额外能量，而并非是它的静能量。一块煤的总能量应该包括它所有原子的静能量，以及它们热振荡的能量。原子在它们的平衡位置附近还会有一些量子涨落，原则上我们也应该把它们包括进煤的总能量。这和前面我们讨论过的弦的质量的三个来源很类似。这块煤的总质量可以通过公式E=mc2 ，即由它的总能量计算出来。
现在，所有这些对煤的讨论都可以被移植到这一大簇D0-膜上。它们有净质量，它们也有一些量子涨落。在D0-膜的例子下，量子涨落对总质量的贡献正好是零。（计算那些量子涨落总是令人头疼的！）D0-膜也可能会有一些热涨落。如果是的话，这一簇D0-膜将会具有温度，而且还会有额外的质量。但不会有额外的电荷。现在，如果那个独立的D0-膜恰好离一簇具有非零温度的D0-膜很近，那么额外的质量会给独立的D0-膜施加一个小的额外的引力。所以它会被吸引过来。如果你把这一堆D0-膜冷却，把温度降到绝对零度，它将失去那额外的一点质量。它将不再对独立的D0-膜施加任何额外的力，这样我们就把零温度和不受力的条件联系起来了。
如果这里关于D0-膜的讨论听上去有点晕，让我们先停一停并回到对煤的讨论上来。就和对D0-膜的讨论一样，煤的总能量里也必须包括它的热振荡。这个总能量仍然是煤静止时的能量。“静止”在这里的意思是煤就停在那里，它并没有从空气里飞出去。通过公式E=mc2 ，总的静止能量可以被翻译为总的质量。所以高温的煤会比它在低温的时候要重，类似的一簇D0-膜在它温度更高的时候也会比较重。对一块煤而言，你可以代入一些经验数据并计算煤的质量因为更热到底多了多少。我会这样进行估算。一块很热的煤，它的温度是2 000开尔文。如果你记得，太阳表面的温度也仅仅是这个数字的三倍。我们用E=kB T估计煤里面每个原子的热能——这真的仅仅是估计。利用这个估值，我计算出一块炙热煤块所具有的热能是它静质量的大约10-11 倍，即一千亿分之一。这可比一个奥运短跑选手在百米冲刺的时候能够把静止质量转变为动能的比例要高得多。但比核裂变能够把静止质量转变为能量的比例要小得多。这是核能为什么如此有前景的原因：一吨用于现代反应堆的燃料级铀所发的电相当于十万吨煤发的电。
讲到这里你也许会很满意，但我们对D0-膜的讨论在两个方面是过度简化的。首先，在D0-膜之间还有另一种相互作用，它由一种无质量的粒子控制，这种粒子既不是光子也不是引力子。我们称为胀子，它也没有自旋。我们关于引力吸引的种种讨论都要推广以包括胀子的效应。但即便考虑到这个小的修正，最后的结论仍然不变。其次，如果D0-膜在视界的后面，我们很难判断其是否像原子那样在振动。我们有把握的只是一大簇D0-膜会有额外的能量，这个能量就对应额外的质量。弦论的一个大问题就是如何由振动的D-膜给出更精确的关于黑洞的描述。我们理解得最好的例子包括D1-膜和D5-膜。另外一个重要的例子是D3-膜。D0-膜更难定量地计算，但现在已经有了显著的进展。
从黑洞的角度，当我们由讨论D0-膜到D1-膜或D3-膜，最主要的改变是视界的形状。包围D3-膜的黑洞的视界很难可视化是因为D3-膜在空间的三个维度上伸展开来。要想恰当地理解视界，你在可视化的时候至少要再增加一个维度。在上一章中，我们已经准备继续解释这个例子了，因为它真的很有意思。现在，让我们在日常经验的基础上考虑四维时空中的D1-膜——假设，正像我们以前做过的，我们以某种方式将其他的六个维度去掉。当一个D1-膜笔直地伸展出去，它看起来就像是根旗杆，而它的涨落就是先前我描述过的涟漪。（见第5章）当很多D1-膜在一起的时候，就会有更多类型的涟漪。理解这些涟漪最好的方式就是通过弦。一个弦的一端可以一个D1-膜为结束，它的另一端以另一个膜为结束。弦可以沿D1-膜伸展的方向滑动。我们通常把具有两端的弦称为开弦。这个名字和闭弦是相对的，正像闭弦这个名字所表达的，它是封闭的圆圈。增加D1-膜的热能基本上就相当于增加开弦。开弦令人惊讶地包括了所有D1-膜可能的微小振动。换句话说，弦基本上就相当于是D1-膜上的涟漪。
如果有很多D1-膜，所有这些D1-膜和其上的开弦会使附近的时空发生扭曲，这样黑洞的视界就形成了。如此形成的视界具有圆的对称性，就和单个伸展开来的D1-膜一样。你可以把视界设想为包围着这些D1-膜和开弦的圆柱体。与包围着一大簇D0-膜的球形视界相比，这个视界具有不同的形状。一些弦理论家喜欢用“黑膜”这个词来描述被视界包围着的这一大堆D1-膜。他们用“黑洞”特指球形视界，比如包围着D0-膜的那个视界。我喜欢比较随意的叫法：黑膜、黑洞，看怎么来得方便就怎么叫。比如，我会将包围着一群D1-膜的圆柱形视界叫一个黑洞视界，而将这整个几何称为一个黑D1-膜。
有趣的是，历史上人们是先认识到包围着一大簇D-膜的黑洞（或黑膜）的几何，然后才认识到D-膜本身的。要理解黑膜，你就需要了解超引力的方程。如果你还记得的话，超引力就是超弦理论的低能极限，这里你要忽略弦上所有的泛音振动并专注于无质量的振动模式。即便如此，超引力仍然很复杂。但它比超弦理论要简单很多。如何构造黑膜是第二次超弦革命中超引力理论可以帮助引导弦理论发展的几种方式之一。
