也许史蒂芬·霍金所发现的最伟大的东西——也是他在物理学家中如此出名的原因——是黑洞不会永远存在。
自斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）发现霍金辐射以来，科学出版物将其描述为一种现象，其中黑洞由于在事件视界附近自发产生的量子纠缠粒子对而缓慢“蒸发”。 据说其中一个粒子被吸进黑洞，另一个粒子霍金认为逃逸出了黑洞。 由于霍金辐射，黑洞逐渐失去质量，直到最终完全蒸发。 问题是，如果一个粒子落在黑洞中而另一个粒子被弹出，为什么黑洞会变小？ 难道实际上不是在增加质量吗？
这是一个充满误解的问题，其中许多是斯蒂芬·霍金自己的错。
弗拉姆的抛物面
广义相对论已经诞生100多年了，它对时空有一个精确的描述：时空描述了一个巨大的奇点，周围围绕着事件。这个发现是由卡尔·施瓦茨席尔德（Karl Schwarzschild）做出的，他立即意识到这将是一个黑洞：一个如此巨大且密集的物体，甚至连光都无法从其引力中逃脱。
长期以来，人们认识到，如果在足够小的空间区域中聚集足够多的质量，引力坍塌到黑洞将是不可避免的，并且不管质量的原始结构是什么，奇点都是一个点，而事件视界将是一个球体。事实上，唯一感兴趣的参数——视界的大小——完全由黑洞的质量决定。
随着时间的推移，黑洞吞噬了越来越多的物质，它的质量会增加，因此它的大小也会增加。很长一段时间以来，人们一直认为这将继续下去，直到没有更多的物质可以吞咽，或者宇宙结束。
但有些事情发生了改变这个局面：我们的宇宙是由微小的、不可分割的粒子组成的革命，这些粒子遵循了一套不同的定律，即量子定律。粒子通过各种基本相互作用相互影响，每个相互作用都可以表示为一组量子场。
想知道两个带电粒子是如何相互作用的，还是光子是如何相互作用的？这是由量子电动力学或电磁相互作用的量子理论所控制的。那么，产生强大核力的粒子呢：将质子或其他原子核结合在一起的力？这就是量子色动力学，或者说强相互作用的量子理论。那放射性衰变呢？这就是弱核相互作用的量子理论。
但是，这缺少两个要素。显而易见：在量子世界中没有引力相互作用，因为我们没有引力的量子理论。但另一个更难理解：我们提到的三种量子理论通常在平坦的空间中进行，或者在引力相互作用可以忽略不计的地方进行。（广义相对论中与此相对应的时空称为闵可夫斯基（Minkowski）空间）然而，在黑洞附近，空间是弯曲的，由施瓦茨席尔德(Schwarzschild)空间给出，而不是闵可夫斯基（Minkowski）空间。
那么，这些量子场，不是在空旷平坦的空间，而是在弯曲的空间，比如黑洞周围，会发生什么呢？这就是霍金在1974年解决的问题，证明了黑洞周围弯曲空间中这些量子场的存在导致了在特定温度下热的黑体辐射的发射。这个温度（和通量）越低，黑洞的质量就越大，这是因为在更大，更重质量黑洞的视界上，空间的曲率更小。
斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在其广受读者喜欢的科学著作《时间简史》（该书是亚马逊在宇宙学领域排名第一的畅销书）中将空间的真空描述为由虚拟粒子/反粒子对组成，并不断出现。他解释说，围绕一个黑洞，有时这些虚拟对粒子之一落入了事件视界，而另一个则留在了外面。他指出，发生这种情况时，该对中的“输出”成员会以真实的正能量逃逸，这意味着“输入”成员必须以负能量进入，从黑洞的质量中减去并使黑洞缓慢衰变。
当然，这张照片是不对的。 对于初学者来说，辐射不仅仅来自黑洞事件视界的边缘，而是整个黑洞周围的空间。但霍金这个所描述存在问题，其最大的错误思考方式是，当涉及到这种辐射时，黑洞会发射光子，而不是粒子和反粒子。实际上，辐射的能量非常低，根本无法产生粒子/反粒子对。
本人试图通过强调这些是虚拟粒子，或一种在自然界中可视化量子场的方法来改进这一解释；这些根本不是真正的粒子但是，场的这些特性可以（并且确实）共同产生真实的辐射。
更好（但仍然不正确）的霍金辐射图片
但是，这也不完全正确。 这意味着靠近黑洞的事件视界，辐射是巨大的，并且只有在您离得很远时才会显得小而温度低。实际上，所有位置的辐射都很小，并且只有很小一部分辐射可以追溯到事件范围。
真正的解释要复杂得多，并且表明这种简单化的画面有其局限性。问题的根源在于不同的观察者对粒子有不同的认识和看法，并且该问题在弯曲空间中比在平坦空间中更为复杂。基本上，一个观察者将看到空的空间，但是一个加速的观察者将看到该空间中的粒子。霍金辐射的起源与观察者所处的位置，以及他们所看到的加速与他们所看到的静止有关。
当创建一个黑洞时，就是将粒子从事件视界外加速到事件视界内。这个过程就是辐射的起源，霍金的计算表明，这种蒸发辐射的发射时间特别漫长。对于质量为黑洞的太阳，蒸发将需要10 ^ 67年。对于宇宙中100亿个太阳质量黑洞，它将需要10 ^ 100年。相比之下，今天的宇宙只有10^10岁左右，而且蒸发速率很小，由于偶尔与星际质子、中子或电子碰撞，黑洞蒸发的速度要比增长速度快，大约需要10^20年。
所以，简短答案是霍金的照片完全过于简单化，以至于有错。稍微长一点的答案：是物质本身的衰变导致了辐射，是空间的极端弯曲导致了这种辐射在如此长的时间里，在黑洞附近如此大的空间里，以如此缓慢的速度释放出来。
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