黑洞和霍金辐射

尽管他被诊断出患有运动神经元疾病(MND)，而且预后很糟糕，他可能只能再活几年，但斯蒂芬·霍金仍满怀热情地继续着他的研究。其中很多都是在探索黑洞的复杂性以及它们是如何工作的。来自伦敦大学学院的宇宙学家安德鲁·庞岑向克里斯·史密斯解释了霍金的研究……

Andrew -正如我们之前从Martin Rees那里听到的，他对黑洞特别感兴趣，原因有很多。但我认为，一旦你开始研究它们，它们仍然是诱人的，因为它们是我们在物理学中所能想到的最极端的物体。你知道，它们是一些重力有点疯狂的物体。我认为，要真正理解是什么让它们打勾，是许多宇宙学家想要做的事情。引力实际上是一种非常神秘的力，它的行为方式与我们所知道的其他力不同，所以了解黑洞需要深入研究，了解引力。它几乎成了理论思想的游乐场。

克里斯——我喜欢这个比喻。史蒂芬·霍金做的一件事就是强调了一些与黑洞有关的潜在能量平衡问题。跟我们说说这个吧。

黑洞有一个类似表面积的东西——你可以把它想象成太空中的一个球体。原则上，你可以去测量那个球体的表面积他证明了，如果你把两个黑洞扔在一起，那么最后，你会得到一个黑洞它的总面积要大于你开始时两个黑洞的面积之和。这是一种你把两个东西加在一起的东西你知道总面积永远不会向下。

克里斯-听起来像是国债!

这有点像国债，但事实上，它也有点像我们在物理学中知道的其他东西。另一位物理学家雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)指出，这与我们所说的“熵”非常相似。熵是衡量宇宙无序程度的一种方式，在我们所谓的“热力学”中有一条基本定律，即熵也一定会增加。如果你把宇宙中所有的熵加起来，宇宙的总熵增加。换句话说，随着时间的推移，宇宙变得越来越多，越来越混乱。Jacob Bekenstein指出这实际上是一个非常紧密的联系他甚至认为这可能意味着黑洞本身，我们所看到的这个不断增加的面积，实际上是宇宙中熵也必须增加的另一种表现。

Chris -但同样的，我认为另一个以霍金的名字命名的惊人的事情是黑洞不只是吸进东西，它们也会释放东西。有霍金辐射，对吧?

安德鲁:是的。这是史蒂芬·霍金的下一个重大贡献。他接受了雅各布·贝肯斯坦黑洞有熵的观点，他说，如果这是真的，那么它们一定参与了其他物理过程。在物理学中，我们通常把熵与无序联系在一起;我们通常把它与大量的小物质粒子或能量块联系在一起，它们把自己弄得一团糟，变得无序。因此，他提出，如果黑洞拥有熵，它们一定也能够产生无序的辐射粒子。这是一个非常奇怪的结论。

克里斯:从本质上讲，我们已经得到了从黑洞中泄漏出来的物质，因为没有更好的表达。这有点矛盾，因为每个人都认为黑洞不会泄漏任何东西。它们变黑是有原因的，它们吸收了包括光线在内的一切。那么实际流出的物质是什么以什么样的速率，什么样的体积?

你说得很对，当然，黑洞最著名的一点就是它是黑的。任何东西都不会从黑洞中出来，包括光。这是我们所说的量子修正的一个例子尽管在经典的物理图景中黑洞是完全黑的。当你引入量子力学，你会得到一个非常非常小的修正。我们所说的物质从黑洞中泄漏出来的速度是非常缓慢的。

我喜欢用想象太阳的方式来思考这个问题，我想让你们想象太阳变得越来越暗，越来越暗，越来越暗，直到它像火炬一样亮——这是一个巨大的因素。如果你有一个和太阳一样大的黑洞，它不会像火炬那么暗，你必须继续变暗，变暗，从那里再变暗，这就是从黑洞泄漏出来的物质的水平，所以它非常缓慢。黑洞需要很多很多倍的宇宙年龄才会因为泄漏这些物质而明显缩小。

Chris -我们能不能用这些材料，以及它的内在信息来推断释放它的黑洞的情况从而让我们了解黑洞在做什么以及它在吃什么?

说实话，这个问题的答案是我们目前还不知道。这就是所谓的“信息悖论”，这是一个活跃的研究课题。

克里斯:也许我们稍后会知道那是什么……