霍金是对的：新研究显示黑洞确实会蒸发

1974年，斯蒂芬·霍金提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，黑洞不是完全“黑”的，而是发射粒子，即热辐射。霍金相信这种辐射，也就是众所周知的霍金辐射，最终会导致黑洞失去足够的能量和质量，最终消失。尽管这个理论被科学界普遍接受，但几乎不可能证明它。

然而，最近物理学家首次证实了霍金辐射的存在——至少在实验室里是这样。尽管霍金辐射太弱，无法用现有的人类仪器在太空中探测到，但物理学家已经利用声波和宇宙中温度极低的一些奇怪物质建立了一个类似黑洞的模型，从而观察到了霍金辐射。

粒子对

黑洞产生的引力如此之大，以至于即使光子以光速运动也无法逃脱。尽管真空空间通常被认为是空的，但量子力学的不确定性表明真空中充满了虚拟粒子，它们以物质-反物质对的形式存在或消失(反物质粒子的质量与其对应的物质粒子相同，但电荷相反)。

在正常情况下，当一对虚拟粒子出现时，它们会立即相互湮灭。然而，在黑洞视界的边缘，极端重力反而将粒子拉开。当一个粒子被黑洞吸收时，另一个粒子被注入太空。换句话说，视界外的虚拟粒子可以被观察到并变成真实粒子，而视界内的虚拟粒子将被黑洞吞噬而不会被观察到。由于视界外的粒子是有质量的真实粒子，根据质量和能量守恒定律，视界内被吞噬的粒子具有负能量和负质量，可以减少黑洞的能量和质量。

如果消耗了足够多的虚拟粒子，使黑洞失去的质量超过增加的质量，黑洞就会慢慢蒸发。黑洞越小，蒸发速度越快，直到黑洞完全蒸发。然而，这种效应极其缓慢，一个与太阳质量相同的黑洞需要大约10 58年才能蒸发掉其质量的0.0000001%。因此，质量大的黑洞可以存活很长时间，普通恒星死亡产生的黑洞估计可以存活10-66年，超大质量黑洞可以存活10-90年。霍金辐射也知道为什么我们不能观察宇宙诞生时产生的微型黑洞，因为它们已经蒸发了。

霍金辐射非常微弱，目前无法在太空中观测到。2008年6月，美国宇航局发射了费米伽马射线太空望远镜(GLAST)。它的主要科学目的之一是在蒸发的黑洞中发现伽马射线的闪光，并确定它与霍金辐射的关系。现在，以色列物理学家提出了非常有创意的方法来测量实验室中的霍金辐射。

瀑布事件视界

以色列理工学院的物理学家杰夫·施泰因豪尔和他的同事用一种极冷的气体模拟了处于“玻色-爱因斯坦凝聚”状态的黑洞视界。当玻色子原子冷却到接近绝对零度时，它将呈现气态超流体状态(完全没有粘性，在环形容器中无休止地流动)，这就是玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下，几乎所有的原子都聚集到最低的量子态，形成宏观量子态。与其他常见的相态相比，玻色-爱因斯坦凝聚是非常不稳定的，来自外界的极小影响可能导致它加热到临界温度以上并分解成单个原子态。

事件视界是黑洞看不见的时空边界，任何东西都无法从事件视界内部逃脱(一个普遍被误解的概念是，物质落入黑洞的过程可以被观察到，但这是不可能的)。远程观察者只能看到物质以越来越慢的速度接近它，但是物质本身不会有任何异常，并且会在有限的时间内穿过事件视界。

研究人员在流动的玻色-爱因斯坦凝聚气流中放置了一个“悬崖”，形成了一个气体“瀑布”。当气体以瀑布的形式向下流动时，足够的势能可以转化为动能，使其流速超过音速。

研究人员没有使用物质和反物质粒子，而是将成对的声子或量子声波放入气流中。气流慢侧的声子与气流方向相反，远离瀑布，而气流快侧的声子不能远离瀑布，被超音速气体“黑洞”俘获。

“这就像当你试图向上游游泳时，水流比你的游泳速度要快，”施泰因豪尔在一次采访中说。“你觉得自己在前进，但实际上你在后退。类似地，黑洞中的光子试图离开黑洞，但被重力以错误的方式吸引。

霍金预言，黑洞发射的粒子辐射将具有连续的波长和能谱。他还认为辐射可以用温度来描述，温度只取决于黑洞的质量。最近的“声音黑洞”实验证实了这两个预测。

巴黎XI大学理论物理实验室的理论物理学家雷诺·帕伦塔说，这些实验是科学的杰作。帕兰塔·尼主要从理论角度研究如何模拟黑洞，并没有参与这项新的研究。他说:“这是一个非常精确的实验。在实验方面，杰夫·施泰因豪尔确实是世界上利用冷原子探索黑洞物理现象的顶尖专家。”

然而，帕拉塔强调说，这项研究是“漫长过程中的一步”，特别是这项研究没有表明声子对在量子水平上是相关的，这是霍金预测的另一个重要方面。“这个故事将会继续，”帕伦塔说。“这不是结束。”