霍金提出的黑洞蒸发是怎么回事，无尽岁月中的漫长消亡

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• 1、无尽岁月中的漫长消亡 - 黑洞的蒸发
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1、无尽岁月中的漫长消亡 - 黑洞的蒸发

黑洞的爆炸或者可以说是以蒸发形式开始的，黑洞的蒸发由霍金提出，并且该蒸发是以粒子的形式辐射逃逸出去，因此可称为霍金辐射。黑洞的蒸发过程是极为漫长的，一般都是10的几十次方年。这样的时间已经远远大于宇宙的年龄，因此至今未有观测到过。

黑洞是一个我们完全无法看见的一种奇异天体的残骸，这里的“无法看见”并不是我们常常认为的肉眼看不见，而是任何光波段都无法探测到。因为就连光子也无法逃脱它的“魔掌”，类似于热力学上完全不反射光线的黑体。

严格地讲，黑洞是一片时空的区域而不是一种天体，它会表现出非常强烈的引力效应，改变周围的时空，这样的结果是任何粒子和电磁辐射，例如光子，都无法从黑洞中“挣脱”出来。广义相对论理论预言，如果质量达到一定的致密程度，那么它的强大引力就可以导致时空的弯曲，从而形成不可以逃脱的区域边界，这样的边界被称为事件视界。换句话说，这里是信息的终点，你无法将信息传达出去，我们也无法在外界知晓你的任何在黑洞内的信息。

黑洞的爆炸形式是以蒸发开始的，下文我们简单介绍下什么是黑洞蒸发（霍金辐射）。

质量达太阳10倍的黑洞之计算机模拟图。图：Ute Kraus

黑洞蒸发（霍金辐射）

霍金辐射也是一种黑体辐射，由于事件视界附近的量子效应，黑洞会释放这种辐射。它以物理学家斯蒂芬·霍金的名字命名，霍金在1974年为它的存在提供了一种理论的论证。

霍金辐射会降低黑洞的质量和能量，因此也被称为黑洞蒸发。所以，理论上预计黑洞不会通过其他方式来增加其质量，而是会慢慢的缩小并最终消失。据预测，微型黑洞比大型黑洞具有更大的辐射源，并且收缩和蒸散应该更快。

2008年6月，美国国家航空航天局（NASA）发射了费米太空望远镜，该望远镜正在寻找原始黑洞蒸发后产生的伽马射线晚期的闪光。 如果推测的额外维数理论是正确的，那么欧洲核子研究中心的大型强子对撞机可能会产生微型黑洞并且可以观测到它们的蒸发过程。 但是很遗憾的是在欧洲核子研究中心并没有观测到这样的微型黑洞。

CMS探测器中的模拟事件，一种碰撞，其中可能产生微黑洞。图：Lucas Taylor / CERN

2010年9月，据称在涉及光学光脉冲的实验室实验中观察到了与黑洞中的霍金辐射密切相关的信号（可另参见模拟重力）。 然而，结果仍未得到证实，一直争论不休。不过科学家们已经启动了其他项目，以在模拟引力的框架内寻找这种辐射。

黑洞（中）在大麦哲伦星云前面的模拟图。请注意引力透镜的影响，产生了放大的，但高度扭曲的星云的两个影像。在顶部的银河系盘面扭曲成一个弧形。图：Alain r

黑洞的蒸发

当粒子逃逸时，黑洞会损失少量的能量，从而损失一些质量（质量和能量与爱因斯坦方程E=mc2相关联）。

1976年佩奇的数值分析

1976年，唐·佩奇_(物理学家)计算了质量为M的非自旋、不带电荷的史瓦西黑洞所产生的能量和蒸发时间。 由于黑洞的大小是有限的，因此并不是一个完美的黑体，所以计算起来很是复杂; 当频率降低时，吸收截面（Absorption cross p）以复杂的，自旋相关的方式下降，特别是当波长变得与事件视界的大小相当时，会尤其的突出。 这里值得注意的是，佩奇在1976年写文章时错误地假设中微子没有质量，并且只有两种中微子味 (Flavour)存在，因此错误地计算了黑洞的寿命。

对于大于10的17次方克质量的黑洞，佩奇推导出其电子辐射可以忽略不计，质量为M的黑洞会以克为单位通过无质量电子和μ子中微子，光子和引力子在时间τ中被蒸发掉。公式如下:

对于远小于10的17 次方克但远大于5×10的14次方克质量的黑洞，超相对论电子和正电子的辐射将加速黑洞的蒸发，从而会延长黑洞的寿命。公式如下：

如果黑洞在霍金辐射下蒸发，一个太阳质量般大小的黑洞将会在10的64次方年内蒸发完（请注意10后面跟随64个0）。 10的11次方个（1000亿）太阳质量的超大质量黑洞将在2×10的100次方年左右蒸发掉。预计宇宙中的一些奇异黑洞会在星系超星系团崩溃期间继续增长到10的14次方个太阳质量。 因此这些黑洞甚至也会在长达10的106次方年的时间内被蒸发掉。

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2、霍金提出的黑洞蒸发是怎么回事，无尽岁月中的漫长消亡

最后一篇署名Stephen W. Hawking的论文，公开了。

没错，正是那位今年3月14日逝世的著名物理学家——史蒂芬·霍金。

这是他生前参与的最后一篇论文，甚至知晓论文更新时，霍金的回应已经非常艰难。

当是时，远在美国哈佛的合作者Perry和Strominger，通过视频向霍金汇报最新进展，却不知霍金已近油尽灯枯。

“他已很难与人沟通，在我们打开扬声器，解释完研究的最新进展，他以一个‘大笑脸’作为回应。”

然而谁也没想到，几天之后，霍金就此与世长辞。

那么现在问题来了，这篇霍金生前的最后之作，究竟在研究什么？

黑洞信息悖论

这篇论文名为《Black Hole Entropy and Soft Hair》，署名作者共4人。

一作Sasha Haco，剑桥大学博士生，霍金的“徒孙”；二作霍金；三作Malcolm Perry，剑桥大学教授，霍金的博士生；四作 Andrew Strominger，哈佛大学教授。

论文主要解决的是“黑洞信息悖论”问题。

这一难题起源可追溯至爱因斯坦。1915年，爱因斯坦提出广义相对论，解释重力如何从物质的时空弯曲效应中产生，以及行星为何围绕太阳旋转。

但是爱因斯坦的理论也对黑洞做出了重要预测，尤其重要的一点是黑洞可以完全由三个特征来定义：质量、电荷和角动量。除此之外，所有的黑洞都一模一样，特质被剥夺殆尽。

60年后，霍金提出了他此生最重要理论——黑洞蒸发理论，即通常所说的“霍金辐射”。

如果将量子理论也计算进去，霍金发现黑洞并不是完全“黑”：它会向视界外辐射光子和少量带质量粒子，黑洞的质量随之逐渐变小，蒸发速度越来越快，最终消亡。

然而，量子力学的一个基本规则就是信息永不消失。如果一个物体被黑洞吞噬，当黑洞本身最后都消失了，物体包含的信息都去哪儿了？

更具体来说，物理学中的信息指的是每个粒子的特定状态，包括粒子的质量、位置、旋转方式、温度等，还有人的名字、指纹信息这些广义上的信息。

而黑洞，众所周知是一种密度极大的物体，可以将黑洞附近的一切物体甚至包括光都吸进去。随着这个过程，黑洞吸走的不仅是物体，还包含信息。

一直以来，人们都认为这些信息将会永远被封存在黑洞中。直到1975年，“霍金辐射”认为，黑洞是有温度的，而且黑洞终将蒸发，蒸发后一无所有。黑洞原有的质量和能量回到了宇宙中。

这就与量子力学的基本原理产生了一个悖论：

黑洞中消失的信息 VS 信息永不消失的量子力学规则。

后来，霍金意识到，1975年的想法可能是个bug，黑洞根本不会蒸发。当霍金辐射逃逸时，黑洞内的信息也泄露了出来，信息依然还在宇宙中，并没有消失。

光子“软毛”

所以论文《黑洞熵与软毛发》提出了一个新的观点，用来解释那些从黑洞中泄露出来的信息去了哪里。

由于黑洞本身引力巨大，导致它的周围附近不太可能有其他什么物质，因此，你可以将黑洞理解为一个发际线已经消失的“秃子”。

而光子，则是黑洞附近柔软的“毛发”，可以记录黑洞的“熵”。

任何有温度的物体，都有熵，黑洞也不例外。熵基本上是对人们所了解的黑洞的质量或旋转的定量测量。

这篇论文，正是给出了“软毛发理论”的计算方法。

但最大的遗憾是，霍金已无法继续参与并推动下一步，为人类更深入揭示宇宙未知的奥秘。

意义

论文公开后，业内普遍认为，这是对霍金科研生涯的最好收尾，这篇论文收集了霍金关于黑洞量子结构最后的一些研究成果，而过去40年里，霍金都在研究该主题。

但这只是整项研究历程中一步，还不是最后的完整的答案。

论文合著者、霍金的博士生Malcolm Perry教授说：

在此之后，我们面前的未解之谜变少了，但还有一些令人困惑的问题需要解决，我们仍然没有足够的技术，来验证霍金的伟大思想。

他还表示，霍金临终前知晓了研究进展，我们正在给这个难题带来一缕曙光。只是他再也无法跟我们分享激动之情了。

几位合著者还在此次论文开头，表达了对霍金的敬意：

失去我们深爱的朋友与合著者史蒂芬·霍金，我们深感悲痛，他对黑洞物理学的贡献直至生命最后一刻，也会始终激励我们，直到生命尽头。三位霍金的合著者

顺便介绍下这篇霍金终作的其他三位合著者。

在这篇论文中，霍金是第二作者。

论文一作Sasha Haco，剑桥大学应用数学与理论物理系博士，哈佛大学自然基本定律中心访问学者，主要研究天体物理学。

Sasha其实是霍金的小粉丝，中学时，她受到霍金《时间简史》的启发，决定大学读物理学，2015年进入博士研究阶段，师从霍金的学生Malcolm J. Perry教授。

三作Malcolm J. Perry，就职于剑桥大学应用数学与理论物理系，担任理论物理学教授。

他是霍金的博士生，前面一作妹子的老师。博士毕业后，Perry先去了普林斯顿大学，后来回到剑桥，研究广义复杂结构和弦论，2016年开始和霍金一同研究黑洞物理学，并发表了许多黑洞热力学方面具有影响力的作品。

最后一位作者Andrew Strominger，理论物理学家，Calabi-Yau弦论紧凑化的共同发现者，曾在2016年获得基础物理学突破奖。

他就职于哈佛大学自然基本定律中心，任Gwill E. York物理学教授。Strominger博士毕业于MIT，在哈佛担任教授前，他曾在UC圣塔芭芭拉任教。他主要研究力和粒子的统一、宇宙的起源以及黑洞和黑洞表面的量子结构。

传送门

论文地址：

https://arxiv.org/abs/1810.01847

—完—

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本文关键词：霍金研究黑洞认为黑洞存在温度,具有什么性，霍金最后一论文发表:黑洞应当还拥有温度，霍金 黑洞 filetype:pdf，霍金发现黑洞辐射温度和黑洞质量成正比，霍金的黑洞蒸发理论原文名称。这就是关于《霍金提出的黑洞蒸发是怎么回事，无尽岁月中的漫长消亡》的所有内容，希望对您能有所帮助！更多的知识请继续关注《小知识》百科知识网站：http://www.370300.com！

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