有趣的黑洞黑洞去哪？从黑洞的热平衡状态分析黑洞的未来

　　热平衡就是指在微扰状态下会自动返回平衡态的平衡。我们上次介绍了黑洞具有霍金辐射现象，也就是黑洞的温度是真实的温度，当黑洞温度跟黑洞周围温度相等的时候，黑洞就会进入热平衡的状态。
　　我们来看一下各种史瓦西黑洞在热平衡状态下的变化。
　　史瓦西黑洞的热平衡。史瓦西黑洞的热容公式C=-8πKM²＜0。也就是说史瓦西黑洞的热容是个负数。科学家计算了两个史瓦西黑洞形成的孤立系统，计算出，当切仅当史瓦西黑洞的热辐射能力不超过黑洞本身能量1/4的时候，热平衡才可以是稳定的。然而通常情况下，这种情况是不存在的。宇宙中形成的史瓦西黑洞，周围都是体积无限，在热平衡情况下，外面的辐射能量无限大，肯定不能与黑洞形成稳定的热平衡。
　　假设有一个处于热平衡状态的史瓦西黑洞，根据量子涨落原理，一定会出现温度偏差。如果涨落使得黑洞的温度略低于辐射温度，这个时候，黑洞吸收辐射将大于发出辐射，黑洞内能增加。由于黑洞的热容为负，热量增加温度反而是降低的，黑洞温度将变得更低。这种情况跟我们日常生活经验是正好相反的，因为我们能接触到的物质，热容值都是正数。
　　随着黑洞温度的降低，会导致黑洞进一步吸收辐射，热平衡会被彻底破坏。史瓦西黑洞的温度与质量成反比，大黑洞的温度会很低。太阳质量的黑洞（半径3km），温度为百万分之一开氏温度，远远低于宇宙背景辐射的2.7K，这种黑洞将不断吸收外界的一切辐射和物质，不断长大。
　　涨落使得史瓦西黑洞温度高于辐射温度的情况，这个时候黑洞就会蒸发。由于热容为负，这就导致越蒸发，黑洞的温度越高，跟辐射背景的温差越大，蒸发越快，黑洞也是不可能跟宇宙辐射形成热平衡的。
　　我们从上面的分析可以看出来，黑洞的温度跟质量成反比。由此可以看出黑洞的几种命运：1、小黑洞温度高，这种黑洞肯定会快速升温，最后爆炸；2、温度大于目前宇宙温度2.7K的黑洞，将不断吸收辐射，不断降温，不断长大，最后在宇宙中保存下来；3、温度等于目前宇宙温度的黑洞因为量子涨落不可能稳定存在，要么升温爆炸，要么不断降温。
　　备注一下：我们能观测到的很可能是小黑洞的爆炸，那些消失的黑洞，而不是最后留下的这些。有一些天文学家就怀疑宇宙中的γ射线爆很可能就是小黑洞的爆炸。
　　我是郭哥 论道，一个致力于科普相对论、量子力学、计算机、数学，让深奥的科学理论通俗易懂起来、让科学更有趣、更有料的科普搬运工。耐心看完的小伙伴，留个言、点个赞加个关注再走呗。