四、黑洞蒸发

1974年，史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）做出了他最著名的预测之一：黑洞最终会完全蒸发。根据霍金的理论，黑洞并不是完全“黑”的，实际上会发射粒子。霍金认为，这种辐射可以从黑洞中吸取足够的能量和质量，最终使黑洞消失。霍金的理论被广泛认为是正确的，但很难通过观测证实。

宇宙中的空间通常被认为是空的，但是根据量子力学，真空不是绝对空虚的，真空会不断产生正、负粒子对，并且在极短的时间内成对湮灭，在宏观上没有质量产生。如果虚粒子对在黑洞附近形成，由于黑洞的引力场很强，导致成对诞生的正负粒子被扯开，其中一个可能跌入事件视界，而另一个没有，从而被黑洞的引力提升成实粒子。

霍金认为，在黑洞周围，在虚粒子对产生的极短时间内，会出现4种情况：直接湮灭；双双落入黑洞；正粒子落入黑洞而负粒子逃脱；负粒子落入黑洞而正粒子逃脱。理论研究表明最后一种情况出现的可能性最高。负粒子带有负能量，落入黑洞以后等效于减少了黑洞的能量，而逃脱出来的正粒子等效于从黑洞周围发射出了正能量。于是负粒子落入黑洞而正粒子逃脱的结果等效于从黑洞内部向外界发射出能量，这就是黑洞的蒸发。那些逃逸的粒子被称为霍金辐射。

黑洞蒸发并没有违背视界之内的物质和能量不能逃出视界的基本原则，但蒸发的结果却导致视界内能量减少，同时有能量从视界周围向外界发射。黑洞的质量越大，蒸发越慢，质量等同于太阳质量的黑洞，一年的蒸发量仅10^-20焦耳，可维持10⁶⁷年。如果黑洞的质量很小，蒸发过程进行得更快，那黑洞存在的时间就比较短。质量为10¹²千克的小黑洞，每秒蒸发掉6×10⁹焦耳的能量，可维持大约100亿年。在霍金理论之前，一般认为黑洞一旦形成就不会再转化为别的东西，黑洞的质量只会因吸进外界的物质而增加，绝不会减少。黑洞蒸发理论说明黑洞也不是永恒存在的。

霍金认为，在宇宙大爆炸初期，某些区域的压力非常大，足以将一些物质压缩成原初黑洞。根据霍金的黑洞蒸发理论，黑洞质量越小，蒸发越快，质量非常小的原初黑洞可能已经蒸发。质量在10¹²千克左右的小黑洞，其寿命与宇宙年龄差不多，可能生存至今，到了最后爆发阶段。当黑洞蒸发到最后时，会发生猛烈的爆炸，黑洞被摧毁，全部质量转化为能量，产生大量的γ射线。天文学家期待能观测到某些原初黑洞最终爆发时辐射出的高能γ射线，以证实霍金的理论。