宇宙大事件（14）黑洞輻射-守財(cái)奴的千金散盡，黑洞終有一天會(huì)消失

目前來(lái)說(shuō)，黑洞有兩種形成機(jī)制，一是在宇宙大爆炸初期，由于物質(zhì)分布并不均勻，再加上高溫與高壓，一些物質(zhì)被極限壓縮，在萬(wàn)有引力的作用下成為一顆黑洞，這樣的黑洞質(zhì)量可能比地球的還要小，也可能非常大，它們幾乎是在一瞬間就形成了。另一種黑洞的形成機(jī)制是大質(zhì)量恒星晚年的引力坍縮，這樣的恒星一般質(zhì)量都在太陽(yáng)的20倍以上，由于質(zhì)量大，它們?yōu)榱说挚谷f(wàn)有引力的作用，內(nèi)部核聚變的速率更快，所以大質(zhì)量恒星的壽命都很短，可能只有幾百萬(wàn)年，相比之下，我們的太陽(yáng)壽命可達(dá)100億年。大質(zhì)量恒星內(nèi)部的核聚變反應(yīng)結(jié)束后，內(nèi)部沒(méi)有了與萬(wàn)有引力相抵抗的力量，所有的物質(zhì)都會(huì)集中于中心的一個(gè)點(diǎn)上，于是無(wú)限坍縮成了一顆黑洞。

要理解霍金輻射得先了解量子力學(xué)的真空漲落，量子力學(xué)讓看起來(lái)空無(wú)一物的真空能夠無(wú)中生有。量子力學(xué)表明，在極小尺度上，粒子對(duì)會(huì)在空間中的每個(gè)點(diǎn)上瞬間產(chǎn)生和湮滅，這種鬼魅般的現(xiàn)象被稱為量子漲落。這個(gè)粒子對(duì)互為反粒子，它們必須同時(shí)急速產(chǎn)生，同時(shí)又很快地相互湮滅，粒子的能量越高，湮滅的時(shí)間也就越快。由于這些粒子只在瞬間產(chǎn)生，基本上觀測(cè)不到，所以稱它們?yōu)樘摿Ｗ?，包括光子、電子?/span>中微子等。

如果真空的量子漲落發(fā)生在黑洞附近極度扭曲的時(shí)空中，就會(huì)有很有趣的事情發(fā)生。在黑洞的事件視界附近，如果隨機(jī)產(chǎn)生了一對(duì)正反粒子，它們本來(lái)應(yīng)該在下一瞬間就相互湮滅的，可是，黑洞附近的引力實(shí)在太強(qiáng)了，它們還沒(méi)有來(lái)得及相互湮滅就被引力給分開(kāi)了，當(dāng)分開(kāi)的距離足夠遠(yuǎn)之時(shí)，虛粒子變成了實(shí)粒子。

當(dāng)虛粒子變成實(shí)粒子之時(shí)，基于能量守恒，必然是其中一個(gè)粒子有正能量，另外一個(gè)具有負(fù)能量，以保證總的能量各為0。如果兩個(gè)粒子都被吸入黑洞，或者都在外部時(shí)空湮滅，那么就不會(huì)有什么異常。然而，黑洞的事件視界代表著咫尺天涯，也是兩個(gè)世界的分界線，在事件視界附近真空的量子漲落中生成的粒子，很有可能一個(gè)分界線之內(nèi)，一個(gè)在其外。

如果是正能量的粒子落入黑洞，而負(fù)能量的粒子留在了外面，負(fù)能量的虛粒子變成實(shí)粒子。這是不可能的，負(fù)能量的粒子是不被允許留在外部時(shí)空的，所以這個(gè)粒子必然跟著也會(huì)落入黑洞之中。

另一種情況是帶有負(fù)能量的粒子落入黑洞，而正能量的粒子在事件視界之外，這個(gè)粒子有可能也跟隨著落入黑洞，也有可能在摩擦和磁場(chǎng)的作用下被拋出黑洞。

對(duì)于后一種情況，黑洞中吸入了一個(gè)負(fù)能量的粒子又拋出一個(gè)正能量的粒子，根據(jù)能量守恒定律，黑洞的內(nèi)部必然損失了相應(yīng)的能量。能量也是質(zhì)量，就這樣，黑洞將通過(guò)這種機(jī)制緩慢地?fù)p失質(zhì)量。從外部觀測(cè)者的視角看來(lái)，等同于黑洞少了一丟丟質(zhì)量的同時(shí)，卻有一個(gè)粒子從黑洞中飛了出來(lái)，這就是所謂霍金輻射。