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他通过较为简单的量子力学计算证明:如果黑洞周围在遥远的过去不存在辐射,那么在未来它一定会有辐射。
对此唯一的解释是辐射是由黑洞发出的。
当然,辐射携带着能量,在这种情况下唯一的能量来源就是黑洞内部的质量(还记得吗,爱因斯坦的理论中,质量就是能量的一种形式)。
所以霍金证明黑洞实际上在不断地辐射掉它的质量,不断缩小,最终消失。
霍金的发现是新奇的,它引发了引力物理中好几个新的研究领域的出现。
在霍金之后没多久,比尔·昂鲁(BillUnruh)证明当我们在相对论的框架下考虑粒子的时候,它们的存在可以被质疑。
粒子物理学基本上包含在量子力学的领域中,昂鲁证明如果观察者有相对运动——相对加速移动,那么完全可能其中一人探测到粒子,而另一人什么都看不到。
那就是说,粒子的存在与否决定于观察者们的运动状态。
为了更清楚地理解这一结果的怪异之处,让我们来看一个例子。
假设你是一个宇航员,在外太空的某处自由漂浮。
你看到周围什么都没有。
但如果你抓住一架路过的宇宙飞船并开始加速,那么你以为空无一物的空间瞬间就变成了粒子的海洋。
我这里当然有些夸张,需要非常大的加速度你才能看到大量粒子。
但是其中的原理是可靠的。
你加速的时候会看到原本看不到的粒子。
然后我们引入引力,现在事情就变得更加复杂了。
引力是由加速度产生的,所以当我坐在书桌前,处于地球的引力场中,我实际上就能看到周围有一些粒子,而当我自由下落的时候就看不到它们了。
这些粒子的数量小到无法测量,但当我把我的书桌挪到黑洞边上时(那里的引力场要强得多),情况就更不一样了。
我将会被一连串的高能粒子和辐射持续轰炸。
上述效应对黑洞产生了很有趣的影响,现在我们可以基于黑洞周围的粒子以及黑洞的辐射,联系上述效应得到黑洞的温度。
它还影响着其他引力物理领域,比如宇宙学。
某些方面宇宙学当中宇宙模型的引力场和黑洞的引力场相似,确实如此,加里·吉本斯(GaryGibbons)和史蒂芬·霍金证明宇宙膨胀同样可以产生黑洞那样的辐射。
宇宙膨胀得越快,这一辐射的温度就越高。
它并不是从存在于宇宙中的哪个物体发射的,而是宇宙膨胀本身的产物。
当人们考虑引力场中粒子的时候,会自然得出这样的结果。
宇宙暴涨
到目前为止,在引力物理学中应用量子理论最成功的例子应该是极早期的宇宙历史。
物理学家们把宇宙在这一阶段的行为称作宇宙暴涨(iflation)。
在第5章我们已经考虑过宇宙大爆炸的模型,它很成功。
虽然大爆炸模型解释了很多观测数据,它还是留下了很多问题。
其中最大的问题是我们在CMB中看到的一些波纹尺度太大了,大到在宇宙诞生以来这段的时间内,光都来不及从波纹的一端跑到另一端。
这个问题非常严重,因为不可能有任何东西跑得比光还要快。
那么这些波纹是由什么产生的呢?
没有确凿不移的答案。
其中一个可能的解释是宇宙在很早的时候经历过一次非常快速的膨胀。
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