黑洞是如何诞生、消亡的？【知社视频】第87期

黑洞是根据现代的广义相对论所预言的, 它是时空中的一个区域, 并非真的是一个“洞”。不过，黑洞的质量是如此之大, 引力场是如此之强, 以致于任何物质和辐射一旦进入该区域, 便无法逃逸, 连光也不能幸免。因此，美国物理学家惠勒将这种看不见的天区命名为黑洞。

然而，黑洞也并非只会吞噬物质。事实上，它也会不断地向外蒸发物质, 并让自己的温度越来越高, 蒸发越来越快, 最后以大爆炸的形式向外吐出所有的物质从而结束它的一生。黑洞这种通过“蒸发”辐射能量、损失质量的行为被称为霍金辐射, 亦称黑洞蒸发。

谈到霍金辐射，需要先了解真空。在物理学家看来，真空并不是一无所有, 而是一种非常热闹的状态,真空中不停地、大量地发生 着真空涨落。在“真空”的宇宙中,根据海森堡测不准原理,会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子,然后瞬间消失,以符合能量守恒。

1974年,一场关于量子引力的研讨会在牛津附近的卢瑟福实验室召开, 霍金在这次会议上宣布了自己的新发现。他通过研究黑洞外的量子力学，推想：在黑洞外的真空涨落产生虚正负粒子对时, 其中一个(负能反粒子)被吸引进了黑洞, 而另一个却逃逸掉了。如果是这样, 那么逃逸的粒子(正能反粒子)便获得了能量, 也不需要跟其相反的粒子湮灭, 甚至可以逃逸到无限远。这等价于一个正能粒子从奇点产生,逆着时间飞向视界,被视界面散射,再顺时飞向远方。在外界看来，这就像黑洞在发射粒子一样, 这便是所谓的霍金辐射现象。

人类拍摄的第一张“黑洞相片”

有意思的是，霍金辐射的理论却导致了另一个问题，那就是霍金悖论（亦称“信息疑难”）。关于霍金悖论的问题，我们将在下期视频解释。本期视频编译自Kurzgesagt，为您揭示黑洞的诞生与消亡，敬请观看。