下,粒子对个成员为粒子而另成员为反粒子(光和引力反粒子正是其自身)。
因为能量不能无中生有,所以粒子反粒子对中个参与者有正能量,而另个有负能量。由于在正常情况下实粒子总是具有正能量,所以具有负能量那个粒子注定是短命虚粒子。它必须找到它伴侣并与之相湮灭。然而,颗接近大质量物体实粒子比它远离此物体时能量更小,因为要花费能量抵抗物体引力吸引才能将其推到远处。正常情况下,这粒子能量仍然是正。但是黑洞里引力是如此之强,甚至在那儿个实粒子能量都会是负。所以,如果存在黑洞,带有负能量虚粒子落到黑洞里变成实粒子或实反粒子是可能。这种情形下,它不再需要和它伴侣相湮灭,它被抛弃伴侣也可以落到黑洞中去。啊,具有正能量它也可以作为实粒子或实反粒子从黑洞邻近逃走(图7.4)。对于个远处观察者而言,这看起来就像粒子是从黑洞发射出来样。黑洞越小,负能粒子在变成实粒子之前必须走距离越短,这样黑洞发射率和表观温度也就越大。
图7.4
辐射出去正能量会被落入黑洞负能粒子流所平衡。按照爱因斯坦方程E=mc2(E是能量,m是质量,c为光速),能量和质量成正比。所以往黑洞去负能量流减少它质量。当黑洞损失质量时,它事件视界面积变小,但是它发射出辐射熵过量地补偿黑洞熵减少,所以第二定律从未被违反过。
还有,黑洞质量越小,则其温度越高。这样当黑洞损失质量时,它温度和发射率增加,因而它质量损失得更快。人们并不很清楚,当黑洞质量最后变得极小时会发生什。但最合理猜想是,它最终将会在个巨大、相当于几百万颗氢弹爆炸发射爆中消失殆尽。
个具有几倍太阳质量黑洞只具有1000万分之度绝对温度。这比充满宇宙微波辐射温度(大约2.7K)要低得多,所以这种黑洞辐射比它吸收还要少。如果宇宙注定继续永远膨胀下去,微波辐射温度就会最终减小到比这黑洞温度还低,它就开始损失质量。但是即使那时候,它温度是如此之低,以至于要用100亿亿亿亿亿亿亿亿年(1后面跟66个0)才全部蒸发完。这比宇宙年龄长得多,宇宙年龄大约只有100到200亿年(1或2后面跟10个0)。另方面,正如第六章提及,在宇宙极早期阶段存在由于无规性引起坍缩而形成质量极小太初黑洞。这样小黑洞会有高得多温度,并以大得多速率发生辐射。具有10亿吨初始质量太初黑洞寿命大体和宇宙年龄相同。初始质量比这小太初黑洞应该已蒸发完毕,但那些比这稍大黑洞仍在辐射出X射线以及伽玛射线。这些X射线和伽玛射线像是光波,只是波长短得多。这
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