黑洞既然会蒸发,为什么还能保持面积不减少?
霍金在1971年证明了黑洞面积定理:黑洞的面积在顺时方向永不减小。霍金还给出过霍金辐射,即黑洞并非只吞不吐,霍金辐射可以使黑洞的质量减小。黑洞的质量减小后,黑洞的视界面积也会跟着减小。
黑洞的蒸发理论是霍金将量子场论应用到黑洞问题上得出的结论。按照量子场论,真空并非是虚空的,会存在正反粒子的产生湮灭。如果在黑洞附近产生出了一对正反粒子,有可能会存在这样一种情况,反粒子被黑洞吞噬了正粒子没有被吞噬掉,这就表现为一个正粒子从黑洞中辐射出来,并且被黑洞吞噬的反粒子恰好能够使黑洞减小一个粒子的质量。霍金通过计算发现,黑洞吞噬一个反粒子的概率要比吞噬一个正粒子的概率高,这样黑洞的质量就会减小。在黑洞质量减小的过程中,黑洞的视界面积会不断的减小。长此下去,黑洞就会逐渐被蒸发掉。
霍金辐射温度与黑洞的质量有关,黑洞的质量越大霍金辐射温度就越低。恒星坍缩形成的黑洞,质量再小也要超过3个太阳的质量,对这样的黑洞来说,即使它不吞噬物体,霍金辐射造成的质量减小也很难观察到。只有质量很小的迷你黑洞,霍金辐射才会使它快速蒸发掉。不过蒸发的实在是太快了,人类还来不及探测到迷你黑洞,它就蒸发掉了。寻找迷你黑洞一直是科学家的一个梦想,到目前也未发现过。
至此可以认识到,大质量的黑洞根本不必考虑量子场论导致的霍金辐射,直接用经典黑洞理论就能得出面积不减定律。只有微观中的迷你黑洞才会明显受黑洞蒸发的影响。这有点类似在不同的领域要分别使用牛顿力学和量子力学。