射粒子，這熱體的溫度和黑洞的表面引力成比例并且和質量成反比。這就使得柏肯斯坦
關于黑洞具有有限的熵的建議完全協調，因為它意味著能以某個不為零的溫度處于熱平
衡。
    從此以后，其他許多人用各種不同的方法確證了黑洞能熱發射的數學證據。以下便
是理解這種輻射的一種方法。量子力學表明，整個空間充滿了“虛的”粒子反粒子對，
它們不斷地成對產生、分開，然而又聚到一塊并互相湮滅。因為這些粒子不像“實的”
粒子那樣，不能用粒子加速器直接觀測到，所以被稱作虛的。盡管如此，可以測量到它
們的間接效應。由它們在受激氫原子發射的光譜上產生的很小位移（藍姆位移）證實了
虛粒子的存在。現在，在黑洞存在的情形，虛粒子對中的一個成員可以落到黑洞中去，
留下來的另一個成員就失去可以與之相湮滅的配偶。這被背棄的粒子或者反粒子，可以
跟隨其配偶落到黑洞中去，但是它也可以逃逸到無窮遠去，在那里作為從黑洞發射出的
輻射而出現。
    另一種看待這個過程的方法是，把落到黑洞中去的粒子對的成員，譬如講反粒子，
考慮成真正地在向時間的過去方向旅行的一顆粒子。這樣，這顆落入黑洞的反粒子可被
認為是從黑洞跑出來但向時間過去旅行的一顆粒子。當該粒子到達原先該粒子反粒子對
產生的地方，它就被引力場散射，這樣就使它在時間前進的方向旅行。
    因此，量子力學允許粒子從黑洞中逃逸出來，這是經典力學不允許的事。然而，在
原子和核子物理學中存在許多其他的場合，有一些按照經典原理粒子不能逾越的壁壘，
按照量子力學原理的隧道效應可讓粒子通過。
    圍繞一顆黑洞的壁壘厚度和黑洞的尺度成比例。這表明非常少粒子能從一顆像假想
在天鵝X－1中存在的那么大的黑洞中逃逸出來，但是粒子可以從更小的黑洞迅速地漏出
來。仔細的計算表明，發射出的粒子具有一個熱譜，其溫度隨著黑洞質量的減小而迅速
增高。對于一顆太陽質量的黑洞，其溫度大約只有絕對溫度的千萬分之一度。宇宙中的
輻射的一般背景把從黑洞出來具有那種溫度的熱輻射完全淹沒了。另一方面，質量只有
十億噸的黑洞，也就是尺度大約和質子差不多的太初黑洞，會有大約一千二百億度開文
芬的溫度，這相當于一千萬電子伏的能量。處于這等溫度下的黑洞會產生電子正電子對
以及諸如光子、中微子和引力子（引力能量的假想的攜帶者）的零質量粒子。太初黑洞
以六十億瓦的速率釋放能量，這相當于六個大型核電廠的輸出。
    隨著黑洞發射粒子，它的質量和尺度就穩恒地減小。這使得更多粒子更容易穿透出
來，這樣發射就以不斷增加的速度繼續下去，直到黑洞最終把自己發射殆盡。從長遠地
看，宇宙中的每個黑洞都將以這個方法蒸發掉。然而對于大的黑洞它需要的時間實在是
太長了，具有太陽質量的黑洞會存活10↑66年左右。另一方面，太初黑洞應在大爆炸迄
今的一百億年間幾乎完全蒸發光，正如我們所知的，大爆炸是宇宙的起始。這種黑洞現
在應發射出能量大約為一億電子伏的硬伽瑪射線。
    當·佩奇和我在SAS－2衛星測量伽瑪輻射宇宙背景的基礎上計算出，宇宙中的太初
黑洞的平均密度必須小于大約每立方光年兩百顆。那時當·佩奇是在加州理工學院。如
果太初黑洞集中于星系的“暈”中，它在銀河系中的局部密度可以比這個數目高一百萬
倍，而不是在整個宇宙中均勻地分布。暈是每個星系都要嵌在其中的稀薄的快速運動恒
星的薄云。這意味著最鄰近地球的太初黑洞可能至少在冥王星那么遠。
    黑洞蒸發的最后階段會進行得如此快速，以至于它會在一次極其猛烈的爆發中終結。
這個爆發的激烈程度依存于有多少不同種類的基本粒子而定。如果正如現在廣為相信的，
所有粒子都是由也許六種不同的夸克構成，則最終的爆炸會具有和大約一千萬顆百萬噸
氫彈相等的能量。另一方面，日內瓦歐洲核子中心的H·哈格登提出了另一種理論。他論
斷道，存在質量越來越大的無限數目的基本粒子。隨著黑洞變得越小越熱，它就會發射
出越來越多不同種類的粒子，也許會產生比按照夸克假定計算的能量大1    0倍的爆炸。
因此，觀測黑洞爆發可為基本粒子物理提供非常重要的信息，這也許是用任何其他方式
不能得到的信息。
    一次黑洞爆發會傾注出大量的高能伽瑪射線。雖然可以用衛星或者氣球上的伽瑪射
線探測器觀測它們，但要送上一臺足夠大的探測器，使之有相當的機會攔截到來自于一
次爆炸的不少數量的伽瑪射線光子，是很困難的。使用航天飛機在軌道上建立一個大的
伽瑪射線探測器是一種可能性。把地球的上層大氣當成一臺探測器是另外一種更容易也
更便宜的做法。穿透到大氣的高能伽瑪射線會產生電子正電子爆，它們在大氣中旅行的
初速度比大氣中的光速還快。（光由于和空氣分子相互作用而減慢下來。）這樣，電子
和正電子將建立起一種音爆，或者是電磁場中的沖擊波。這種沖擊波叫作切倫科夫輻射，
可以可見光閃爍的形式從地面上觀測到它。
    都柏林大學學院的奈爾·A·波特和特勒伏·C·威克斯的一個初步實驗指出，如果
黑洞按照哈格登理論預言的方式爆炸，則在銀河系的我們區域中只有少于每世紀每立方
光年兩次的黑洞爆發。這表明太初黑洞的密度小于每立方光年一億顆。我們有可能極大
地提高這類觀測的靈敏度。即便它們沒有得到太初黑洞的任何肯定的證據，它們仍然是
非常有價值的。觀測結果在這種黑洞的密度上設下一個低的高限，表明早期宇宙必須是
光滑和安寧的。
    大爆炸和黑洞爆炸相類似，只不過是在一個極大的尺度范圍內而已。所以人們希望，
理解黑洞如何創生粒子將導致類似地理解大爆炸如何創生宇宙中的萬物。在一顆黑洞中，
物質坍縮并且永遠地損失掉，但是新物質在該處創生。所以事情也許是這樣的，存在宇
宙更早的一個相，物質在大爆炸處坍縮并且重新創生出來。
    如果坍縮并形成黑洞的物質具有凈電荷，則產生的黑洞將攜帶同樣的電荷。這意味
著該黑洞喜歡吸引虛粒子反粒子對中帶相反電荷的那個成員，而排斥帶相同電荷的成員。
因此，黑洞優先地發射和它同性的帶電粒子，并且從而迅速地喪失其電荷。類似地，如
果坍縮物質具有凈角動量，產生的黑洞便是旋轉的，并且優先地發射攜帶走它角動量的
粒子。由于坍縮物質的電荷、角動量和質量和長程場相耦合：在電荷的情形和電磁場耦
合，在角動量和質量的情形和引力場耦合，所以黑洞“記住”了這些參數，而“忘記”
了其他的一切。
    普林斯頓大學的羅伯特·H·狄克和莫斯科國立大學的弗拉基米爾·布拉津斯基進行
的實驗指出，不存在和命名為重子數的量子性質相關的長程場。（重子是包括質子和中
子在內的粒子族。）因此由一群重子坍縮形成的黑洞會忘掉它的重子數，并且發射出等
量的重子和反重子。所以，當黑洞消失時，它就違反了粒子物理的最珍貴定律之一，重
子守恒定律。
    雖然為了和伯肯斯坦關于黑洞具有有限熵的假設協調，黑洞必須以熱的方式輻射，
但是粒子產生的仔細量子力學計算引起帶有熱譜的發射，初看起來似乎完全是一樁奇跡。
這可以解釋成，發射的粒子從黑洞的一個外界觀測者除了它的質量、角動量和電荷之外
對之毫無所知的區域穿透出來。這意味著具有相同能量、角動量和電荷的發射粒子的所
有組合或形態都是同等可能的。的確，黑洞可能發射出一臺電視機或者十卷皮面包裝的
蒲魯斯特[16]全集，但是對應于這些古怪可能性的粒子形態的數目極端接近于零。迄今
最大數目的形態是對應于幾乎具有熱譜的發射。    　　[16]譯者注：蒲魯斯特（Marcel Proust）是法國上世紀和本世紀之交的小說家。
    黑洞發射具有超越通常和量子力學相關的額外的不確定性或不可預言性。在經典力
學中人們既可以預言粒子位置，又可以預言粒子速度的測量結果。量子力學的不確定性
原理講，只能預言這些測量中的一個，觀察者能預言要么位置要么速度的測量結果，不
能同時預言兩者。或者他能預言位置和速度的一個組合的測量結果。這樣，觀察者作明
確預言的能力實際上被減半了。有了黑洞情形就變得更壞。由于被黑洞發射出的粒子來
自于觀察者只有非常有限知識的區域，他不能明確預言粒子的位置或者速度或者兩者的
任何組合，他所能預言的一切是某些粒子被發射的概率。所以這樣看來，愛國斯坦在說
“上帝不玩弄骰子”時，他是雙重地錯了。考慮到從黑洞發射粒子，似乎暗示著上帝不
僅玩弄骰子，而且有時把它們扔到看不見的地方去。
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