技术:霍金说了善意的谎言

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写文章|董唯元

1974年，霍金发表了关于黑洞辐射的研究，向人们展示了黑洞罕见的一面——它有温度，同时继续向外辐射能量，这些辐射夺走了能量，黑洞本身逐渐蒸发消失！ 这一重大理论发现不仅奠定了霍金本人的学术地位，还开辟了黑洞热力学这一新学科。 现代物理学整体的后续快速发展也有意义。

十几年后，霍金在他著名的科普著作《时间简史》中以形象介绍了黑洞辐射的物理机制。 这个模型意味着，如果在黑洞视界附近的真空中出现随机波动的粒子对，其中的负能量粒子错误地落入黑洞，剩下的正能量粒子就会变成霍金辐射。

这个说法非常直观易懂，在各种科普文案中广为流传，我自己也在不久前的文案中有习性地引用了。 在其“温度和神秘的虚幻时间”的最后，在阐述巧妙地计算黑洞温度的方法时，为了阐述完美，用这种说法铺设了黑洞辐射的物理机制。

朴素的网民慧眼如火如荼，很快有人在评论区提出了尖锐的疑问。 我颤抖着给霍金的说法临时打了个补丁，其实心里很慌，必须多写点复印件专业证明。

事实上，霍金想出的这个科普版的记述是比喻意义上的表现，与严密的物理事实不完全一致，因此难以产生理解偏差。 首先关于“真空虚粒子对”的概念，不能简单地作为两个实粒子来看。 这是为了计算真空中能量的波动，数学上采用的等效工具，其名称中的“虚”字已经确定地发出警告:在数学解决过程中只能假装一瞬间，物理上不可接受。 这就像“我的梦想坠入黑洞，世界上只剩下无处不在的灵魂”，都只是比喻。

有人可能觉得我太伤感了。 因为理解量子场论的网民本来就把霍金的说法理解为“黑洞视界的相变级时空曲率撕裂了真空的能量状态”。 我好像没有被虚粒子对的概念所欺骗。 很遗憾，这个理解还是错的。 关于具体的错误在哪里，必须从以下问题开始。

霍金辐射的来源在视野里吗？

这个问题的答案是否定的。

即使把反射板包在黑洞的视野之外，把来自视野的光子全部弹回，站得很远的人也能受到黑洞的辐射！ 是事故吗？ 另外，即使是太阳和月亮这样的普通天体，没有相变级曲率的视野也会产生霍金辐射，但强度比黑洞弱。 胃

但不，不，不，不，不，不，不，黑洞，黑洞，黑洞，黑洞，黑洞，黑洞，黑洞，黑洞，黑洞。 黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞黑洞，在黑洞里。在你的眼睛里，在你的眼睛里。

也

桃子

也

手

这些事情的组合可以理解霍金辐射的真正来源。 事实上，霍金在他发表的论文中，根据这些出发点推测了黑洞的温度。 但是，这里不打算展示计算过程，而是从物理学家们优秀的以前就传下来的，用一个思想实验简单地证明。

设想自由落下的电梯里有不幸的a先生，他的朋友b先生静静地坐在楼下的咖啡店里。 根据定义，小a的时空是平坦的，小b在弯曲的时空中。 因为他抵抗着地球的引力。 也就是说，小b的参照系统是非常习惯系统，对于惯性观察者存在加速度g。 该加速度g取决于地球的质量，其数值越大意味着这里的时空曲率越大。

两人分别测量真空零点能量后得出同样的结论。 如果把t0(0是下标)作为两个人公认的零点能量值，由于安德鲁效应的存在，小b测量的温度实际上是t0+Δt(0是下标)。 看，就这样产生了分歧。 地球的质量越大，两者之间的差异就越大，如果把这个场景转移到黑洞的表面，就可以说明那个奇怪的“黑洞互补原理”。 而且，由安德鲁效应产生的是霍金辐射的温度。

当然，从尊重历史的角度来说，霍金导出黑洞温度的工作是以前的，安禄效应的发现以后，霍金的工作不能说采用了安禄效应作为工具。 但是，霍金显然认识到了非常系统中多馀的温度的存在。 否则，就没能取得那么美丽的理论成果。

理解霍金辐射的原因后，我们突然发现除了黑洞可以缓慢蒸发外，每个天体都存在这种能量蒸发机制。 质量-时空弯曲-热辐射-能量蒸发，这些自发联系法则包括相对论、量子理论和热力学之间非常秘密的内在联系，含有丰富的理论金矿。 沿着这些蛛丝马迹，后续的研究者陆续取得了惊人的成果。

时空的曲率中包含能量辐射，让工程师和科幻作家们获得至宝，利用这种免费的能源来实现“永远的动机”这样的通常的宇宙飞船。