为什么黑洞可能并不是黑的

　　作者：王一

　　2011年8月12日，科学家发现了已知最黑暗的行星。说起黑暗的行星，使人想起黑洞，那么，黑洞到底是不是黑色的呢？

　　包括光在内，什么东西都不能从黑洞里面逃脱出来。所以，黑洞看起来是黑的。不过，西方有个谚语：“魔鬼在细节里。”深究黑洞到底黑不黑，已经成为人类开启量子引力之门的一把钥匙。

　　研究表明，黑洞具有以下性质：（1）平衡状态黑洞的表面重力加速度是个常数，不随表面上的位置而变化；（2）黑洞的能量随表面积的增加而增加，变化率由表面重力加速度决定；（3）不考虑量子效应时，黑洞表面积不会减少；（4）黑洞表面的重力加速度永远大于零，也就是指向黑洞内部。这些性质，不仅适用于真空中的球形黑洞，也适用于各种其他黑洞。

　　证明以上四条定律需要很多计算。不过从黑洞“吃鸡不吐骨头”的本领，我们从力学上也能大致猜到这些性质。读者朋友是否对以上四条定律感觉似曾相识呢？让我们把“表面重力加速度”换成“温度”，把“表面积”换成“熵”，重新读一遍上面一段话。我们发现，上面一段话摇身一变，成了热力学第零定律到第三定律！

　　更让人吃惊的是，黑洞定律和热力学定律之间不仅是相似而已，它们实际上是相同的。加速度，包括重力加速度，确实能产生温度。这是因为，量子力学导致真空其实不空。真空中充满着虚粒子的产生和湮灭。静止或者匀速直线运动的观察者看不到这些粒子，而加速的观察者是可以看见这些粒子的。并且加速观察者会发现这些粒子的温度的确正比于观察者的加速度。

　　“有一份热，发一份光”。通过“真空不空”，黑洞有温度，会向外发光。从这个角度，黑洞并非完全是黑的。不过，黑洞发光的波长和黑洞的半径差不多大，同时功率也小得可怜（除非黑洞本身非常小）。所以星系中的黑洞所发出的辐射，我们就算用最灵敏的长波天线也接收不到。

　　但是，黑洞辐射具有重要的理论意义。既然表面引力真的代表黑洞的温度，那么黑洞的表面积就真的代表黑洞的熵了。通常，物体的熵是跟体积成正比的，可以量度物体组分间运动的混乱程度。而黑洞的熵却正比于表面积。这暗示着，黑洞内部的物理过程，可以完全由黑洞的表面来描述！也就是说，一个三维空间中的系统，可以用一个二维空间中的理论来描述。这个猜想被称作“全息原理”。根据这个理论，空间，这个长久以来物理学中最基本的组成部分，或许不是最基本的存在，而可以由其他更基本的概念所取代。正如读者手中的书是由纸组成的，纸又是由分子、原子组成的一样。至于什么是组成空间的“分子”和“原子”，以及时间是否也不是基本的概念，这些问题都有待于未来的研究。

　　2000多年前，古希腊哲学家柏拉图曾经假想过这样的场景：如果人不能自由移动，只能看见自己和别人投射到墙上的影子，那么他们是否会觉得世界上唯一的存在就是这些影子呢？柏拉图一定不会想到，今天的理论物理正朝着他预言的方向发展。

　　关键词：黑洞   黑暗行星

　　版权所有少年儿童出版社，鼓励任何不用于商业性质的传播