光从哪里来
物理学中的真空并非空无一物:粒子对会不断产生,又立即消失。通常,它们会瞬间相互湮灭,因此什么也不会跑出来。
在黑洞边界附近,这种平衡会被打破。粒子对中的一个可能掉进黑洞,另一个则留在外面飞走。从外部看,这就像边界本身发出微弱的光。
逃逸粒子所需的能量来自黑洞本身,所以黑洞会一点点损失质量。这个图景虽然经过简化,但传达了核心:辐射会带走黑洞的能量。
这个过程有多慢
低于背景大型黑洞的温度低于宇宙背景辐射的温度
正在增长这样的黑洞现在不是在蒸发,而是在增加质量
难以想象完全蒸发所需的时间远远超过宇宙目前的年龄
第一块内容解释了关键点。黑洞越大,温度越低;恒星级黑洞,尤其是超大质量黑洞,比周围的宇宙空间更冷,因此吸收的能量多于发出的能量。
只有在遥远的未来,当宇宙冷却到比它们自身更低的温度时,它们才可能蒸发。小型黑洞会快速而明亮地蒸发,但目前还没有发现这样的黑洞。
这一预言引出了一个尚未解决的信息归宿问题。如果黑洞会蒸发,而无论什么掉进黑洞,释放出的辐射都完全一样,那么掉入其中的信息就会消失,可物理学不允许这种情况发生。这场争论已经持续了半个世纪。
人们会间接检验这一预言。研究人员构建数学原理相似的实验室系统,包括流体流动、声波和光学介质,并观察其中类似的辐射;这并不是同一种现象,但为相关计算提供了支持。
这个结果的重要性还在于另一点。它把此前几乎没有交集的三个领域联系起来:引力、量子物理和热力学;直到今天,它仍被视为统一这三个领域的主要线索之一。
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来源
- 1974年预言的黑洞视界热辐射与其质量成反比;对于恒星级和超大质量黑洞,其温度低于宇宙背景辐射的温度。人们尚未直接观测到这种辐射;与之相关的信息悖论仍未解决。