黑洞的命运：深度解读霍金辐射！

相信大家有听过这样的解释：

真空由于量子涨落会不断的产生虚粒子，但凭空出现的粒子不符合能量守恒。

所以这些凭空出现的粒子是以一正一负粒子对的形式出现，它们出现一段时间后就会迅速的融合湮灭。

这样就会再次化为虚无，把能量还给宇宙。

这是正常时空下的情景。

那当虚粒子对发生在黑洞的周围时，事情就会变的很不一样。

虚粒子对出现后，有一个粒子可能会被黑洞吞噬。

这样它会一直向黑洞的奇点落去，永远也无法出来。

这个时候那个没有被黑洞吞噬的粒子就会很茫然，因为它们两个是向宇宙借的能量才出现，之后它们两个是要湮灭归还。

可现在呢，它的伙伴被黑洞吞噬了，它无法再回归虚无。

这就会让它变成一个真实的实粒子存在于宇宙。

那在我们遥远的观察者眼中，它的能量就好像是来源于黑洞，而非凭空出现。

所以造成的结果就是：那个在我们看来只会吞噬一切的黑洞向外辐射了能量，从而它就会慢慢的消耗掉。

这样的解释霍金本人也在他的著作时间简史中描述过。

不过对于这个解释，一直有一些令人困惑的地方。

黑洞吞噬了粒子之后质量不是应该变大吗？

按照上面那个解释的说法是，黑洞吞噬的粒子只能是具有负能量的负粒子，所以它才会消耗黑洞的质量。

但虚粒子对既然是随机发生，那落入黑洞的正负粒子的概率应是相同。

可为什么黑洞吞噬的总是带有负能量的负粒子呢？

曾经有看过这样的一个解释是说：因为黑洞吞噬虚粒子对中的一个之后，外面的那个就会实体化，而为了保持能量的守恒，被吞噬的粒子只能是带有负能量的粒子，这样才能维持守恒的机制。

但这样的解释总感觉少了点什么。

所以我又查找了一些有关霍金辐射的文献以及科普文章，想要深入的了解下霍金辐射。

有一个叫做伊桑西格尔的教授曾对霍金辐射做了一些解释。

根据伊桑的说法。

前面我们提到的那个虚粒子对的形式，只是一个简化版的解释，它是为了让公众更加直白的明白霍金辐射的产生。

但简化也就意味着我们会忽略一些细节。

什么细节呢？

我们所在的宇宙充满了各种不同的场，像希格斯场、电磁场。

这些场都在以不同的频率震动，就好像波动的湖面那样，当场处于波峰的激发态时，看起来就像是有粒子出现，而当波峰消失时就是粒子的湮灭。

因为它们无法长时间的传播，所以不是真实的粒子。

但和湖面波动不同的是，场具有正频的波动和负频的波动，处于真空的基态时，两种震动刚好可以互相抵消。

所以看起来就是什么也没有。

这也就是真空的零点能。

位于平坦时空中的零点真空，不管我们身处什么位置，观察到的应该都具有相同的值。

那当量子场位于弯曲的时空时会是同样的值吗？

这就是霍金辐射背后的关键点，而霍金也正是认识到了这一点并做了计算，计算黑洞周围与遥远平坦空间的量子零点差异。

按照霍金的计算模式。

平坦时空零点真空是因场中各频率的震动相互抵消。

但当存在黑洞的强弯曲的时空时，弯曲的时空会破坏这种平衡，从而改变真空的状态。

怎么改变呢？

其中有一部分模式的震动会被黑洞的引力场散射或者增强，这就会使得原本看起来平静的量子场出现波峰。

波峰是什么呢？

就是我们看到的粒子实体化。

而散射或者增强量子场所需的能量会减少该区域的空间曲率。

这样看起来就像是黑洞在慢慢的缩小。

那这一解释也预示着，霍金辐射不仅局限于事件视界面，任何使得时空弯曲的大质量天体也有可能发生霍金辐射，像中子星白矮星这些。

2023年发表于物理学评论快报的一项研究也讨论的这个问题：中子星等其它物体也有类似霍金辐射的蒸发。

但需要强调的是，虽然关于霍金辐射的研究已有很多很多，裂变出的解释也已五花八门。

可它也仅仅只是理论的推测，目前我们并没有真正的观测到过霍金辐射。