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黑洞蒸發理論,為什麼黑洞視界邊緣的正反粒子對裡面只有虛粒子進入視界內?

霍金提出霍金輻射之前,黑洞被認為只進不出,來者不拒,就像中國古代的饕餮。這意味著黑洞只會變大,不會縮小,黑洞將是宇宙中的永恆,宇宙最終將只剩下這種可怕的掠食者,所有原子,包括組成你我的,都將無一倖免,進入這個饕餮的黝黑巨口。

後來霍金提出了一個非凡 的推測----霍金輻射,霍金輻射理論,實際是為了「解決」視界黑洞只進不出問題。宇宙真空中由於量子漲落的存在,會不斷產生虛粒子對,一個帶正能量,一個帶負能量,總能量遵循能量守恆定律。通常情況下,虛粒子對不會對我們的宇宙產生任何影響,因為它們很快就會重新結合在一起湮滅,瞬間消失。但在黑洞附近產生的虛粒子對,其命運就有點複雜了。一種情況是和平常一樣馬上湮滅,一種情況是在黑洞強大引力作用下,雙雙落入黑洞視界之內,這兩種情況都不會對我們的宇宙產生影響。但還有一種情況存在,那就是一個虛粒子落入黑洞,而另一個沒有落入,我們的宇宙該怎麼辦?在這樣的情況下,逃逸的那個虛粒子就相當於被提升成實粒子,可以長久的生存在宇宙中,和其它粒子並沒有兩樣。這時候在外界看來,就像黑洞發射了一個粒子,這種輻射就被稱為霍金輻射,由於它帶走了黑洞的能量,因而會造成黑洞的質量損失,所以黑洞其實並不是鐵公雞一毛不拔,它也在通過霍金輻射不斷向外輻射能量,逐漸變小,宇宙其實是很複雜的。

霍金輻射

在真空中,負能實粒子不可能存在,但在黑洞視界內,卻允許負能實粒子存在,這就帶來了一種可觀測的效應:只有負能虛粒子被吸入黑洞提升為負能實粒子,我們才有可能觀測到正能虛粒子被提升為正能實粒子逃逸,從而導致黑洞質量的減小。所以這就回答了題主並不完備的問題,並不是只有虛粒子進入視界,而是只有負能虛粒子才會進入視界。

黑洞蒸發

霍金輻射雖然迄今為止仍未被觀測到,但已經由科學家們嚴格的數學計算,從理論上證明了這一過程的存在。或許我們地球並未被黑洞毀滅,宇宙依然存在,正是得益於霍金輻射——理論上黑洞可以任意小,在宇宙中經由多種方式形成,比如宇宙初期的太初黑洞,甚至人類製造的高能粒子對撞機都可能產生黑洞,正是因為黑洞越小溫度越高,輻射越快,才使這些黑洞在來不及吞噬周圍物質之前,就已經蒸發殆盡了。


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