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黑洞（图片来源于视觉中国）
成果3：运用广义相对论和量子力学发现，黑洞不黑
1973年早期，霍金和彭罗斯开始用热力学现象来类比黑洞 。同时，普林斯顿大学有位研究生贝肯斯坦，已不满足于仅作类比，而是将该想法应用于黑洞中 。根据热力学第二定律，在孤立系统中，体系总是自发地向混乱程度增大的方向变化，使得整个系统的熵值增大 。熵也成为了表征体系混乱程度的物质状态参量 。这个年轻的研究生认为，黑洞的视界大小可能正是黑洞熵的量度 。
但当时霍金很不高兴 。他认为，熵与温度有直接的关联，如果黑洞表面积的大小是熵的量度，那么黑洞表面积也必须是温度的量度 。但如果一个黑洞有温度，那么热量一定会从它流向寒冷的宇宙，也就是说黑洞会辐射能量 。这与黑洞的最基本事实——包括电磁辐射在内的任何东西，都不能从黑洞逃逸——刚好相抵触 。于是，霍金与合作者合写了一篇文章，1973年发表在《数学物理通讯》上，指出上述这一点刚好是贝肯斯坦的想法的致命伤 。他们说，“事实上黑洞的等效温度是绝对零度……黑洞不可能发射任何辐射 。”
但不过1年，霍金就改变了主意 。故事还得说回1971年，那时霍金发表的理论认为，当我们向时间的起始回溯时，就会发现一段特殊的时期，压力大到足以将任何大小的物质——即使只有几克——压成黑洞 。也就是说，大爆炸可能会产生很多甚至比原子核还要小的 “微黑洞”，也许目前的宇宙中还有很多这类微黑洞 。
按照黑洞的标准，微黑洞的质量很小；但是，按照日常的标准，微黑洞的质量依然很大，例如，质量大约为10亿吨（地球上一座山的质量）的黑洞，大小大约只有质子那样大 。要研究这么小的物体，物理学家知道只有使用量子理论，才能探索其中的奥妙 。
为了更好地解释黑洞的行为，也为了和贝肯斯坦的想法决一胜负，霍金考虑问题时，必须要将量子物理与广义相对论结合起来，最终也只是局部地统一起来 。其实早在1973年，苏联物理学家证明旋转黑洞会抛出粒子 。苏联物理学家的想法引起了霍金的兴趣，却没有说服他 。他开始着手寻找精确的数学形式来描述，最后他发现，非旋转的黑洞也有相同的现象 。
他的数学方程推出的结论是，所有的黑洞都会发射高能粒子，因此每个黑洞都有温度 。这个温度，与根据黑洞表面积是黑洞熵所做的热力学预测完全一致 。
具体的想法是这样的，根据量子的不确定性原理，真空中的每个微小部分，实际上包含了相当多的能量 。能量只能从真空“借用”十分短暂的时间（普朗克时间：1e-43秒），与时间测量本身所固有的不确定性有关 。粒子必须成对产生，并在宇宙还没来得及“注意”到这些能量被借走之前，就经由相互间的作用而湮灭 。
【回顾霍金的生命历程 霍金的s亡过程揭秘】 对于一个非旋转黑洞，当一对虚粒子恰好在接近黑洞的视界外部产生时，在量子不确定性允许的极短时间内，其中一个粒子可以被黑洞捕获，这样另一个粒子就没有同归于尽的对象，因此就会携带另一半的能量逃逸 。这种方式的辐射被名为“霍金辐射” 。
这些能量来自于黑洞的重力势能，黑洞的重力势能和质量有关 。经过这样的活动，黑洞的重力势能损失，黑洞失去部分质量 。如果其他条件不变，黑洞会不断收缩 。
切记，根据理论，这一过程很慢，即使一个质子大小的微黑洞，蒸发到它将爆炸的时刻，也需要数十亿年之久 。与太阳大小相当的黑洞由于“霍金辐射”产生的温度大约是千万分之一开尔文；而对于与质子大小相当的黑洞产生的温度大约在1200亿开尔文 。因此当微黑洞渐渐失去质量而变小，最终越来越热，辐射能量的速率越来越快，最后会爆炸产生X射线甚至伽马射线 。
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