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物理，霍金说：从黑洞放出的正能量会被虚粒子流平衡，什么意思？难道虚粒子流被黑洞扭曲成了带正能量的实

2025-03-11 11:11:54

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回答1：

黑洞
　　“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
　　根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
　　等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。
　　那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
　　我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
　　质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
　　这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
　　与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
　　在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
　　更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
　　“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

回答2：

从我自己的学物理笔记中摘出来一些给你看看。

主要是从量子场论的基本概念出发。

量子场论认为，真空充满了能量场。由于不确定性原理，场的大小和其变化率不能同时为0。因此真空并非像过去大家认为的那样一无所有，而是会随机地产生少许能量，前提是该能量在短时间内重归消失。产生的能量越大，则该能量存在的时间越短（能量和时间是一对共轭量，满足不确定性原理）。这就是能量起伏。

1）虚粒子，是量子场论里承载力的粒子，不能被检测到，但是具有可测的效应。比如引力子、胶子。2）正能/负能，以真空为0能量，能量大于它的叫做正能，小于它则称为负能。

简单说。由于能量起伏，真空中会“凭空”产生虚粒子对——一正一反俩虚粒子。正常情况下它们会碰到一起互相湮灭，因此宇宙的质量仍然守恒。但如果某一对恰好在事件视界附近出现，黑洞可能会把其中的一个吸引进去，另一个则逃出来。具体哪个掉进去哪个逃出来，或者都掉进去都逃出来，这四种情况都有可能。但是黑洞引力非常之强，负能粒子或负能反粒子掉进去的可能性最大。

综合来看，就是黑洞里负能粒子/负能反粒子会增加，而逃逸出去的正能粒子/正能反粒子就像是从黑洞里释放的辐射。负能的增加意味着黑洞正能量（质量）的减少。从宏观上看，就是黑洞的质量变成了其视界外时空的质量。这就不违反热力学第二定律和能量守恒定律。

回答3：

我们知道，任何东西都不能从黑洞的事件视界之内逃逸出来，何以黑洞会发射粒子呢？量子理论给我们的回答是，粒子不是从黑洞里面出来的，而是从紧靠黑洞的事件视界的外面的“空”的空间来的！我们可以用以下的方法去理解它：我们以为是“真空”的空间不能是完全空的，因为那就会意味着诸如引力场和电磁场的所有场都必须刚好是零。然而场的数值和它的时间变化率如同不确定性原理所表明的粒子位置和速度那样，对一个量知道得越准确，则对另一个量知道得越不准确。所以在空的空间里场不可能严格地被固定为零，因为那样它就既有准确的值（零）又有准确的变化率（也是零）。场的值必须有一定的最小的不准确量或量子起伏。人们可以将这些起伏理解为光或引力的粒子对，它们在某一时刻同时出现、互相离开、然后又互相靠近而且互相湮灭。这些粒子正如同携带太阳引力的虚粒子：它们不像真的粒子那样能用粒子加速器直接探测到。然而，可以测量出它们的间接效应。例如，测出绕着原子运动的电子能量发生的微小变化和理论预言是如此相一致，以至于达到了令人惊讶的地步。不确定性原理还预言了类似的虚的物质粒子对的存在，例如电子对和夸克对。然而在这种情形下，粒子对的一个成员为粒子而另一成员为反粒子（光和引力的反粒子正是其自身）。

　　因为能量不能无中生有，所以粒子反粒子对中的一个参与者有正的能量，而另一个有负的能量。由于在正常情况下实粒子总是具有正能量，所以具有负能量的那一个粒子注定是短命的虚粒子。它必须找到它的伴侣并与之相湮灭。然而，一颗接近大质量物体的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的引力吸引才能将其推到远处。正常情况下，这粒子的能量仍然是正的。但是黑洞里的引力是如此之强，甚至在那儿一个实粒子的能量都会是负的。所以，如果存在黑洞，带有负能量的虚粒子落到黑洞里变成实粒子或实反粒子是可能的。这种情形下，它不再需要和它的伴侣相湮灭了，它被抛弃的伴侣也可以落到黑洞中去。啊，具有正能量的它也可以作为实粒子或实反粒子从黑洞的邻近逃走。对于一个远处的观察者而言，这看起来就像粒子是从黑洞发射出来一样。黑洞越小，负能粒子在变成实粒子之前必须走的距离越短，这样黑洞发射率和表观温度也就越大。

粘贴一段时间简史的原文，有名的霍金辐射，呵呵

回答4：

黑洞会产生辐射。

由量子物理可知，在能量中可以产生虚粒子对，一个正粒子，一个负粒子。通常情况下，在能量中创生的粒子对几乎在瞬间就会相互湮灭，不会被观测到。但在黑洞问题的讨论中就有些复杂。粒子对可在黑洞内、黑洞外以及黑洞视界边缘创生。因为黑洞的引力强到连光也无法逃脱，所以在黑洞视界内创生的粒子对无法逃出黑洞，会在黑洞内湮灭。在黑洞外创生的粒子对，因离黑洞足够远，不会被吸入黑洞，但会很快湮灭。而在黑洞视界边缘创生的粒子对就有可能不发生湮灭,只要它具有足够的能量。创生后进入黑洞视界的粒子无法在逃出黑洞，而创生后没有进入黑洞视界的粒子则因为失去湮灭对象而有可能远离黑洞。这远离黑洞的粒子就是我们所观测到的黑洞辐射。

也就是说，在黑洞视界边界创生的粒子对，当其中的一个粒子进入黑洞，而另一个因具足够能量而脱离黑洞时，这对粒子就可以避免湮灭，产生黑洞辐射。

楼主可以去看《时间简史》插图版，那里有相对详细的论述。

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