黑洞無毛與霍金輻射：黑洞只有三根毛，還要不斷蒸發

在上一篇文章《黑洞理論研究簡史》里，我說上世紀六七十年代的時候出現過一個研究黑洞的黃金年代，這個階段出現了很多有價值的研究成果，黑洞無毛和霍金輻射的發現就是其中非常典型的兩個。

以前我們認為黑洞是一個張著血盆大口試圖吞噬一切的怪物，這樣的怪物，它的性質應該非常的複雜。但是，黃金年代的研究讓大家大跌眼鏡，黑洞不僅不複雜，而且異常的簡單：它是一個絕對理想的球體，它的所有性質都由它的質量、自旋和電荷唯一決定。

也就是說，我只要知道了這個黑洞的質量、自旋和電荷，按照廣義相對論的說法，我們就能計算出關於黑洞的一切東西。至於這個黑洞的外形是怎麼分布的啊，坍縮成黑洞前的恆星是球形、方形還是表面有各種奇形怪狀的東西啊，這些對黑洞的性質沒有任何影響；形成黑洞的恆星在坍縮之前是否有磁場啊也對黑洞沒有任何的影響。

然後我們可以把黑洞的視界想像成一個座餅乾的模具：不論之前的麵粉是什麼樣的，經過這個模具做成餅乾之後大家就都長一個樣了。我們無法通過最終餅乾的樣子來判斷之前做成餅乾的麵粉團是什麼形狀的，什麼濕度；同樣，我們也沒有辦法通過最終形成的黑洞來判斷之前坍縮成黑洞的恆星是什麼樣的。

恆星在坍縮形成黑洞的過程中會把除了質量、自旋和電荷以外的所有東西像人剃頭髮一樣的給剔掉，這個就叫做黑洞無毛，或者說黑洞只有質量、自旋和電荷三根毛。

那麼其他毛髮都跑到哪裡去了呢？這些不規則形狀密度的還有恆星的磁場的都以引力波的形式給輻射出去了。比如恆星表面有凸起的小山，這座小山最後會全部變成引力波的形式輻射出去。

理想化模型

我們在研究物理世界的各種問題的時候，都通常要給物理世界建一個數學模型，這樣的數學模型只是真實世界的一個近似。我們會忽略一些對事物影響不大的性質，只要這樣帶來的誤差在我們可以接受的範圍之內就可以了。這種理想化模型的局限我們是怎樣都逃不掉的。

但是在黑洞這裡我們就不一樣了，我們壓根就不需要對黑洞做什麼理想化處理，它本身就是一個非常理想化的東西。我們的數學工具宏觀世界的任何地方都沒有如此精確過。

為什麼黑洞跟宏觀世界其他東西的性質如此不同，為什麼只有黑洞這麼簡單？這個原因我們現在還不知道，或許這裡隱藏了一些更深刻的物理學知識。

霍金輻射

霍金輻射是大眾知名度最高的理論物理學家霍金的巔峰之作。霍金用他高超的數學技巧向大家證明了黑洞不是只出不進，吃東西不吐骨頭的怪物，原來黑洞也會向外界輻射東西，黑洞的質量也會減少。

霍金輻射是結合廣義相對論和量子力學，通過精密的計算得到的結論。其實他們的想法也很簡單：在量子力學裡，真空存在劇烈的漲落，在漲落里會瞬間產生虛粒子對，在正常的時空里，這樣的虛粒子對瞬間產生然後又瞬間湮滅，突然得到又突然失去能量，使得時空總體上看起來能量是守恆的。但是在黑洞視界附近就不一樣了，黑洞的潮汐力太大了，一對在黑洞附近產生的虛粒子一不小心就被黑洞的潮汐力給分開了，然後在一定條件下實物化為實粒子，一個落入黑洞，一個遠離黑洞。

遠離黑洞的那個粒子的能量是哪來的？當然是黑洞給的，現在它帶著黑洞的能量跑來，就意味著黑洞的能量減少了，看起來就是黑洞蒸發了。

所以，霍金輻射可以形象的理解為：黑洞用暴力拆散了一對對無時無刻都黏在一起的情侶，然後黑洞就拆累了。累了就是失去能量了，而在相對論里能量和質量的等價的，所以黑洞的質量也會慢慢減少，半徑也會減少，看起來就在慢慢的蒸發。

因蒸發而爆炸的黑洞

既然霍金輻射的是因為量子真空漲落引起的，而真空漲落又是無處不在的，所以，如果黑洞沒有其他的能量獲取渠道，那麼它是不是要一直輻射下去？

我們再來思考一下：黑洞因為真空漲落不停的蒸發，蒸發之後能量質量減小，質量減小之後視界半徑也跟著減小，但是黑洞表面的引力和溫度會升高。這樣當黑洞變得非常小的時候，雖然它的質量變下了，但是溫度會非常的高，到達某個極限的時候……

「Bang Bang Bang……」

黑洞爆炸了~

它是真的爆炸了，但是根據計算，等一個黑洞通過蒸發爆炸需要等的時間太長太長了，比宇宙的年齡還要高几十個數量級。

但是這次爆炸跟我們熟知的那次宇宙大爆炸有什麼區別么？這裡面的事情我不清楚，不過我總是隱隱約約的感覺這兩者之間有什麼見不得人的勾當~

黑洞無毛和霍金輻射是黃金年代非常有代表性的兩個結論，它大大拓展了我們對黑洞的認識，但是這些都還只是冰山一角~

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