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如果按照定義,黑洞是什麼都無法逃脫的區域,那麼怎麼會從它們那裡漏出光呢?從量子力學的角度來看,黑洞並不是很黑:它們釋放出少量的光,稱為霍金輻射。

在理論預測黑洞的存在四十年後,天體物理學家對黑洞有了一個簡單的看法。它們的質量是如此之大,以至於沒有光能夠逃脫它們引人注目的引力。天文學家認為黑洞是黑色的,因為它們受到稱為事件範圍的限制的限制,該範圍將輻射捕獲在井中,電磁輻射無法從井中逸出。

“暗星”的概念最早是由英國地質學家約翰·米歇爾(John Michell)於1783年提出的。在

1920年代和1930年代,天文學家加強了關於黑洞的理論,但是直到最近30年,天文學家才開始收集關於黑洞存在的良好觀察證據。標籤牢牢地抓住了:黑洞是黑色的,因為沒有東西能逃脫它們的引力。必須透過黑洞與附近其他受其影響的物體的相互作用來觀察黑洞。

但是這種對黑洞的直覺從1974年開始發生變化。那一年,英國宇宙學家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)使用量子場論得出了一系列有關黑洞的複雜方程組。令物理學家驚訝的是,霍金證明黑洞實際上可以發出輻射。現在根本沒有任何東西可以逃脫黑洞的想法似乎是錯誤的。由此產生的發射,雖然很小,但被稱為霍金輻射。

紅色天空上升。活躍的星系NGC 4261擁有一個超大質量黑洞。如圖中所示,在這個銀河系中繞著恆星執行的假想行星上的觀察者可能會看到夜空。

霍金展示了幾種瞭解能量如何逃逸黑洞的方法。首先,物質-反物質對的分離發生在事件範圍之外。這將不會從黑洞本身內部產生輻射,而是會由於黑洞的引力將虛擬粒子提升到更高的能量狀態而產生輻射。檢視該過程的另一種方法是,真空波動可能導致粒子-反粒子對出現在事件視界附近。一個粒子可能掉入黑洞,而另一個則不會。為了填充孤立粒子留下的能量中的“空洞”,能量可能會隧穿出黑洞並穿越事件視界,從而產生觀察到的輻射。這將導致黑洞失去質量,並且觀察者將看到從黑洞發出的輻射。

如果黑洞會失去質量,那麼從邏輯上講,至少有一些黑洞最終會消失。此過程稱為黑洞蒸發。當粒子從黑洞中逸出時,黑洞不僅會損失能量,而且還會損失質量,因為這是兩個可互換的等式,這是由愛因斯坦著名的E = mc 2方程決定的。對於最簡單的黑洞,即不帶電,不旋轉的Schwarzschild黑洞,物理學家可以估計應產生的霍金輻射量。一個質量為一個太陽能的黑洞只會產生很小的能量輸出-僅約10-28瓦。這幾乎是絕對黑的!

如圖所示,活躍的星系NGC 6251中一個可疑的黑洞被扭曲的,多塵的材料圓盤包圍。實際磁碟的影象顯示,只有一側反射光,從而產生異常的扭曲。

假設黑洞處於休眠狀態(不再積聚更多的物質),則可以計算一個黑洞蒸發所需的時間。對於一個單質量的黑洞,答案是驚人的:1,067年,或比迄今為止整個宇宙的歷史長一百萬倍。但是,如果黑洞不會在輻射和恆星上蔓延,它們的蒸發速度會更快。質量為1,022磅(1,011千克)的黑洞僅在30億年內就會消失。

黑洞為黑的概念幾乎是正確的,但並非完全正確。斯蒂芬·霍金向世界展示了黑洞可以顯示出來的事實。

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