从黑洞无毛到霍金辐射，引来黑洞信息悖论，两大基础理论的碰撞！

　　下面是这篇文章将要讲述的三个知识点通俗解释：
　　黑洞无毛定理：任何天体在坍缩为黑洞后，它的基本性质只剩三个：质量、角动量以及电荷
　　霍金辐射：黑洞会不可避免的失去质量，如果得不到补充，黑洞将逐渐缩小直到完全蒸发消失
　　黑洞信息悖论：物体进入黑洞所携带的信息是否会随着黑洞蒸发而消失
　　黑洞模拟图
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　　在＂恒星演化的两个重要极限＂以及＂从暗星到黑洞＂这两篇文章中，我们对恒星坍缩以及史瓦西黑洞有了一定的了解，而且还知道了史瓦西黑洞实际上是最简单的一种黑洞（无自转、无电荷），此外还存在着三种不同的黑洞。它们分别是：克尔黑洞（自转、无电荷）、雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞（无自转、带电荷）、克尔—纽曼黑洞（自转、带电荷）
　　说到这，估计有读者就发现了，关于这四种黑洞的描述，似乎只有＂是否自转＂以及＂有无电荷＂，如果再加上＂质量＂这一必备要素，是不是黑洞的描述仅仅只需要三个要素：质量、电荷以及角动量呢？
　　奥卡姆剃刀为黑洞理发
　　没错，还真是这样。要知道完整精确的描述一个物体，不管这个物体是多么的普通、多么的不起眼，都是一项近乎不可能的事情，因为＂完整＂一词就代表着你得一个不落的包含物体里的每一个微观粒子，而＂精确＂一词代表着你得确定每一个微观粒子的运动状态甚至是它们的内部构造，所以说，真正意思上的完整和精确是几乎不可能实现的。
　　但这件近乎不可能的事却发生在了黑洞身上，因为从黑洞外部（视界外）描述一个黑洞，那太简单了，我们不要去精确考虑它的原先天体（即坍缩前的天体）的每项特征，比如磁场、形状、组成物质等等，我们只需要了解到刚才所讲的三样基本性质即可，因为那就是它的＂全部家当＂。
　　这就是黑洞无毛定理，实际上也有人叫它黑洞三毛定理，叫法什么的不必太过在意。虽然这几个词在某些语境下，似乎有点其它意味，不过事实证明，绝大多数人都是怀揣着对宇宙的好奇而欣然接受了这几个词语。
　　黑洞无毛
　　虽然黑洞无毛定理似乎告诉我们，人类能掌握的黑洞情况也就只能这么多了，毕竟你即便是进入了视界，看到了内部情况，但你也不能把信息发送出来。但凡事没有那么绝对，如果我把量子理论和热力学用到黑洞上，会发生什么样的反应呢？
　　下面要说的就是著名的霍金辐射了，虽然是以霍金冠名，但我们还是得从一位以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦说起，当时他还是20出头的有志青年，并且师从著名物理学家约翰.惠勒。
　　雅各布·贝肯斯坦
　　贝肯斯坦在1972年提出了黑洞存在熵，而且黑洞熵还与其表面积成正比。出发点很简单，就是热力学第二定律，因为物体在没有被黑洞吞走之前，是有熵的，那么即便是吞下去了，而且相对论认为那些进去的物体都会不可避免的集中到一个无穷小的奇点上，但也不可能消失啊，否则就违背热力学了。
　　而当时霍金已经证明了黑洞面积不减原理，因此雅各布·贝肯斯坦就敏锐的意识到，面积不减不就正好类似于熵增吗？于是就写了篇论文，结论就是上段的第一句。
　　黑洞合并面积不减
　　当霍金听到这个消息后，眉头一皱，甚至有些想笑。如果黑洞有熵，那就意味着有温度，而有温度就意味着黑洞要对外产生热辐射，而这一点明显违背了黑洞定义，因为事件视界内的东西是跑不出来的，即便是光都没法出来。
　　虽然霍金当时并不信任这个假设，但大师到底是大师，很快便意识到：如果将量子理论带入黑洞，这位学生的观点似乎是可以成立的。仅仅两年之后，霍金就宣布了一项结果：黑洞真的可以对外辐射。
　　不过辐射的实现过程却比较奇特。考虑到量子涨落存在于宇宙各个角落，那么黑洞附近也不能避免，如果正好有一对虚粒子对出现在视界附近，那么会发生什么呢？
　　有三种情况会发生：
　　①这一对虚粒子全部被黑洞吸入，由于原本虚粒子对的出现和消失就是极其迅速的，即便不被黑洞吸入，它们也会相互湮灭，完全消失，因此被黑洞吸入后，不会出现任何特殊情况
　　②这一对虚粒子都没有被吸入，而是在外面就相互湮灭消失了
　　③这一条是最重要的，就是有一个被吸进入，而留了另一个在外面。并且这种情况下，只会出现一种情况，即带有负能的粒子进入黑洞，留下正能粒子在外面，为什么呢？难道不会出现正能粒子进入黑洞，而负能留在外面吗？
　　还真不能，这是由负能粒子不能单独长期存在于外部时空的特性决定的，也就是说，如果先吸走一个正能粒子，那么负能粒子由于不能独自存在，因此它也会跟着进入黑洞，也就是双双坠入黑洞。
　　霍金辐射
　　正如上上段所讲的情况，由于负能粒子进入黑洞，因此黑洞的质量就会减少，而对外表现就是一个正能粒子飞走了，好似黑洞对外释放了能量，这种情况就被称为霍金辐射。
　　虽然霍金辐射相当于在理论上证明了黑洞具有寿命，但同时也产生了一个新的问题，即信息是否会丢失。
　　要知道原本物体的是携带着大量的自身信息进入黑洞的，而现在黑洞却通过外部的量子涨落随机的辐射能量，且这种辐射并不包含内部的任何信息，随着不断的能量释放，黑洞终有一天会蒸发消失，而原先内部的信息也就完全丢失了，但量子理论认为信息不可丢失，于是就产生了所谓的黑洞信息悖论。（有关黑洞信息悖论，以后会写一篇进行介绍）
　　霍金（1942-2018）
　　而关于这个矛盾，至今也没有统一完善的解释，不过这也让黑洞成为了人们解决量子理论与广义相对论冲突的重要舞台。
　　本篇文章的内容到此结束。
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