黑洞蒸发，理论物理学家霍金的重要发现

理论物理学家的惊人之处，在于他们可以在事物被观测到之前发现它们。20世纪70年代早期，史蒂芬· 霍金（Stephen Hawking）从理论上推导出黑洞是“热的”，由此它们会损失能量和质量，变得越来越小。这种“黑洞蒸发”是霍金最重要的发现之一。

意大利理论物理学家、量子引力理论的开创者之一——卡洛·罗韦利曾在他的畅销科普著作《七堂极简物理课》里写道：“霍金利用量子力学成功地证明了黑洞总是‘热的’，像火炉一样放热。从来没有人观测到这种热，因为在我们观测到的真实的黑洞中，这种热非常微弱。但是霍金的计算令人信服，在各种场合被人们引用，黑洞的热也被普遍认为是真实存在的。”

卡洛·罗韦利认为，“黑洞的热如同物理学中的罗塞塔石碑，它用量子、引力和热力学三种语言写就，仍在等待解读，以告诉我们时间的本质。”在《七堂极简物理课》的进阶版科普书——《现实不似你所见：量子引力之旅》中，卡洛·罗韦利更具体地讲述了黑洞物理学以及霍金的贡献。

霍金（1942年1月8日-2018年3月14日）

在我们的宇宙中存在大量的黑洞，在黑洞的区域，空间极度弯曲，最终向自身内部坍缩，时间停止。当一颗恒星燃尽了所有可用氢，就会坍缩，形成黑洞。坍缩的恒星经常与邻近的恒星组成一对，在这种情况下，黑洞与其尚存的“搭档”彼此环绕；黑洞会从另一个恒星那里不断吸取物质（如图示）。

双星/黑洞的图示

恒星失去质量，一部分被黑洞吸收，一部分沿两极的方向喷射出去。天文学家已经发现了许多和我们的太阳一样大（实际上稍微大一些，这里的大小指质量）的黑洞，但也有巨大的黑洞。在几乎所有星系的中心都有一个巨大的黑洞，包括我们的星系在内。

位于我们星系中心的黑洞目前正在被仔细研究，其质量比我们的太阳大一百万倍。有时一颗恒星离这个庞然大物太近，就会被引力扭曲而粉碎，被巨大的黑洞吞没，就像一条小鱼被鲸吞没。想象一个有一百个太阳那么大的庞然大物，在一瞬间吞没了我们的太阳和它微小的行星。

有个正在进行的非常棒的计划，是要建造一个遍布世界各地的无线电天线网络，由此天文学家就能够获得足够大的分辨率“看到”巨大的黑洞。我们预期看到的是一个小黑圆盘，被陷入其中的物质的辐射产生的光包围着。

进入黑洞的东西无法再出来，至少如果我们忽略量子理论的话会如此。黑洞的表面就像是现在：只能从一个方向穿过，无法从未来返回。对黑洞而言，过去在外面，未来在里面。从外面看来，黑洞就像个球体，可以进去，但没有东西可以从里面出来。一艘火箭可以停留在离这个球体固定距离的地方，这个距离被称作黑洞的“视界”。要做到这一点需要让火箭的发动机不停地剧烈燃烧，抵消黑洞的万有引力。黑洞的巨大引力意味着对火箭而言时间会变慢。如果火箭在离视界足够近的地方停留一小时，然后飞走，它会发现外面在此期间已经过了几个世纪。火箭离视界越近，时间相对于外面走得越慢。因此，旅行到过去很困难，但旅行到未来很容易：我们只需要在太空飞船上靠近黑洞，在附近停留一会儿，然后飞走。

在视界处，时间停止：如果我们极其靠近，然后按我们的时间来算几分钟后飞走，宇宙的其他部分也许已经过去了一百万年。真正令人惊讶的事情在于，现在通常能观测到的这些奇特物体的属性，早就被爱因斯坦的理论预见了。现在天文学家在研究太空中的这些物体，但直到不久以前黑洞都被视为一个奇特理论的古怪结果。我记得我的大学教授把它们作为爱因斯坦方程的解引入时，说“不太可能有真实物体与之对应”。这就是理论物理学家的惊人能力，他们可以在事物被观测到之前发现它们。