寻找霍金辐射：科学家们提出黑洞合并的新机制

史蒂夫·霍金最著名的预言是黑洞会因辐射而蒸发。虽然这个预测从未被检验过，但我发现这可能很快就会改变。因为我看到了一篇新论文，其中一群天体物理学家说他们可以检验霍金的预测。

想象一下两个彼此靠得太近的黑洞，它们相互绕转并最终合并。我们目前认为这将创造一个更大的黑洞，它会晃动一会儿然后稳定下来。新论文中的想法是，黑洞合并不仅会产生一个大黑洞，它还会产生许多小黑洞。在新论文中，他们称之为黑洞碎片。

霍金的预测表明，黑洞越大它发出的辐射越小。大多数物理学家认为我们无法观察到这种霍金辐射，因为一般黑洞的辐射太少了，至少需要10^100 年左右的时间才能被注意到，这比宇宙的寿命长得多。

但是，如果黑洞合并产生了这些微小的黑洞碎片，它们会更快地蒸发，发出的辐射会更大。该研究提出，这些黑洞碎片会发出高能伽马射线。这可以让我们检测到高能粒子与地球大气相互作用时发出的微弱蓝光——切伦科夫辐射，所以这个想法可能是可行的。

为了介绍这个想法的可行性，我们还是需要首先介绍些黑洞的知识。从某种意义上说，黑洞非常简单，它们是由空旷的空间组成的球体。它附近的时空弯曲得如此强烈，以至于如果你靠得太近，就会无法返回。在这个不归路起点，就是我们所说的黑洞事件视界。

但正如史蒂芬·霍金所指出的，量子效应使黑洞事件视界附近的空间变得不稳定。结果，本应该存在的真空变出正负粒子对，其中一个进入黑洞，而另一个则获取黑洞能量而逃逸。这就是霍金辐射的原因，并且在这个过程中黑洞会收缩。

黑洞具有温度，而该温度取决于黑洞的大小。黑洞越小，温度就越高。大黑洞一开始只发射无质量粒子、光子和引力子。随着温度的升高，它可以发射中微子和电子，并逐渐释放出更重的粒子。这是一个失控的过程，黑洞辐射越多，它就变得越热并且辐射速度越快。最后一刻是一个非常明亮的爆炸，被称为黑洞烟花。新论文的作者表示，这是我们应该寻找的，这些明亮的爆炸来自黑洞合并后的碎片。

但这里有一个问题，因为黑洞是如此简单，物理学家有时说它们没有头发。准确地说，它们有三根毛发：质量、旋转速度和电荷。这曾经让物理学家感到担忧，因为如果黑洞的特征太少了，那么它们就非常有序，这意味着它们的熵非常小。

但是如果你拿一些熵非常高的东西，然后把它扔进黑洞，熵会发生什么？看起来熵变小了，但这不应该发生，因为违反了热力学定律。这就是为什么雅各布·贝肯斯坦在1972年就说过，黑洞必须要有熵，该熵的大小必须与黑洞的表面积成正比。有趣的是，这也告诉我们为什么黑洞喜欢合并。

球体的表面积与半径的平方成正比，黑洞的半径与质量成正比，这意味着黑洞的熵与质量的平方成正比。现在假设你有两个黑洞，质量分别为M1和M2，它们的组合熵与M1^2 M2 ^2成正比。但如果将它们合并，那么它们的熵就是与(M1 M2)^2成正比，所以总是大于两个单独的熵之和，这就是黑洞想要合并成更大黑洞的原因。

这就是论文中黑洞碎片的一个问题所在，因为创建这些小黑洞需要减少熵。所以为什么会发生这种情况，论文说：我们对黑洞碎片产生的细节仍然不可知。