当一个黑洞的质量足够大就永远不会因霍金辐射而挥发吗？

这个问题触及了我们对宇宙终极命运的理解，是一个非常吸引人也充满挑战的课题。简单地说，一个“质量足够大”的黑洞，我们目前理解的物理定律表明，确实很可能不会在宇宙的生命周期内，通过霍金辐射完全蒸发殆尽。但“永远”这个词，在物理学里总是需要非常谨慎地使用。

咱们得先聊聊霍金辐射是个啥玩意儿。理论上，黑洞并非完全“黑”的。根据史蒂芬·霍金提出的理论，黑洞的视界附近，量子效应会产生粒子反粒子对。这些粒子对通常会瞬间湮灭，但在某些特定情况下，一个粒子会掉进黑洞，而另一个粒子则得以逃逸。这个逃逸的粒子，就是霍金辐射。

你可以想象成黑洞在不断地“吐出”能量，而这种能量的代价是黑洞自身的质量。质量越小的黑洞，它的视界曲率越大，量子效应也越强，霍金辐射就越剧烈。这就像一个正在变小的气球，漏气速度越来越快。

那么，问题来了，黑洞的质量是怎么影响霍金辐射的呢？这就像你在蒸一锅水。如果锅里水很多，你加热很久，水温才会一点点升高。但如果锅里只有一点点水，很快就会烧干。霍金辐射的工作原理也类似：

辐射率与质量的平方成反比： 黑洞的辐射率，也就是它“损失”质量的速度，大致与它质量的平方成反比。换句话说，质量越大，单位时间内损失的质量就越少。
蒸发时间与质量的立方成正比： 而黑洞完全蒸发所需的时间，则与它质量的立方成正比。这意味着，质量翻一倍，蒸发时间就得翻八倍。

你可能会问，那到底多大的质量才算“足够大”呢？根据当前的物理模型，一个恒星质量的黑洞（比如太阳质量的几倍到几十倍）完全蒸发所需的时间，比目前可观测宇宙的年龄（大约138亿年）要漫长得多，甚至长到无法想象。一个质量跟地球差不多大的黑洞，它的霍金辐射寿命大概是10的67次方年，这个数字大到我们无法理解。

至于那些超大质量黑洞，比如银河系中心的那个，质量是太阳的几百万倍。它们的蒸发时间就更是天文数字，长到我们在讨论宇宙的最终命运时，几乎可以忽略不计。

所以，从这个角度看，对于我们今天遇到的绝大多数黑洞，它们因为霍金辐射而挥发的速度极其缓慢，慢到我们认为它们“不会”。它们会缓慢地、缓慢地“滴答”着失去质量，直到可能在遥远的未来，在宇宙冷却到接近绝对零度的漫长岁月中，才有可能接近蒸发的终点。

但是，“永远”这个词，是真正让我们感到不安的地方。我们目前对霍金辐射的理解，是基于广义相对论和量子场论在时空曲率“不太极端”的情况下的结合。但黑洞的视界，尤其是它们最终蒸发前的那个极小、极热的奇点，可能是物理学定律失效的地方。

量子引力的问题： 我们还没有一个完整的、被普遍接受的量子引力理论，能够描述时空在极小尺度下的行为。霍金辐射的最终结局，或者说黑洞在蒸发过程中到底会发生什么，可能需要量子引力来给出答案。也许，现有的霍金辐射理论在黑洞质量变得极小的时候，会失效或者被修正。
信息悖论： 霍金辐射还引发了著名的“信息悖论”。如果黑洞蒸发了，那么掉进去的物质所携带的信息（比如构成一个人身体的粒子有多少种排列方式）到底去了哪里？根据量子力学，信息是守恒的，不能凭空消失。但如果黑洞消失了，这些信息似乎也消失了。有理论认为，信息可能以某种我们尚未理解的方式编码在霍金辐射中，但这依然是一个未解之谜。
宇宙的最终命运： 就算黑洞真的能按照目前的理论蒸发，整个过程也需要极其漫长的时间。在那个遥远到难以想象的未来，宇宙本身的演化可能已经发生了翻天覆地的变化。宇宙是否会因为热寂而停止一切活动？是否会有新的物理现象出现？我们真的很难去预测。

所以，我们说质量足够大的黑洞“永远不会”因为霍金辐射而挥发，更准确的说法是：

在可预见的宇宙尺度内，它们的蒸发速度极其缓慢，以至于可以忽略不计。
我们目前的物理模型（特别是缺乏一个成熟的量子引力理论）可能无法完全描绘黑洞蒸发的全过程，尤其是在极端情况下。

从日常经验和我们现有最可靠的物理理论来看，是的，那些质量巨大的黑洞可以被认为是“长生不老”的，它们不会在宇宙能够观察到的时间线上消失。但科学的边界总是在不断拓展，我们对宇宙的认识也在不断深化。或许在未来的某一天，新的理论会告诉我们，事情并非如此简单，或者“永远”这个词，在宇宙的宏大尺度下，需要更加审慎地对待。

网友意见

不是。

只不过大一点的黑洞霍金辐射功率更低，低到某个程度，从吸收2.7K背景辐射里获取的质量就足以抵偿霍金辐射的损失了。

但是放到现实的宇宙，黑洞能获取质量的途径不只有背景辐射。放到更大的时间尺度下，背景辐射也并非一个常数。

个人建议，讨论一个物理问题的时候，如果要使用“永远”这个概念，一定要对作出明确的限定，否则就是没意义的。

假设霍金辐射存在，大到一定程度的黑洞或许会消除霍金辐射的影响，但题目里那个质量没什么讨论的价值。

目前在可观测宇宙中观测到的疑似黑洞主要是质量为万亿亿吨到亿亿亿吨的“由大质量恒星坍塌成的黑洞”和质量为十亿亿亿亿吨到万亿亿亿亿吨的“超大质量黑洞”，少数观测对象的估计质量在二者之间（可能是大质量恒星坍塌成的黑洞吸入大量物质·互相合并等产生的）。一些理论估计可观测宇宙中还可以存在质量不到百亿吨或千亿吨的原初黑洞，目前尚未明确观测到。这些黑洞的质量距离题目给出的那个值非常遥远——实际上，题目里给出的质量甚至超过可观测宇宙的估计总质量。

早已有大量物理学家讨论过“霍金辐射可能被各种各样的机制限制”而蒸发不干净^{[1][2][3][4][5]}，霍金辐射也可能根本就不存在^[6]。由于模型不统一，消除霍金辐射的影响需要的最低黑洞质量算出来的值千奇百怪。如果不要求拿围绕旋转黑洞的计算机搞超计算，只想要不受霍金辐射影响的黑洞，那连上面的模型算出的质量都是不必要的。通过调整电荷和角动量，质量十分小的极端黑洞就能消除霍金辐射的影响^[7][8]。

参考

1. ^ arXiv：1805.02675 [gr-qc]
2. ^ arXiv:hep-th/9209058
3. ^ arXiv:hep-th/9508151
4. ^ arXiv：hep-th/9203059
5. ^ arXiv：1505.04088
6. ^ See the last paragraph of 3.5.2 (a textbook–style cut–off theory would lead to no Hawking radiation), the last paragraph of 8.1 (Jacobson’s analysis led him to think there might be modifications to the Hawking spectrum), section 10.1 (some dilaton models reproduce Hawking radiation, some do not), section 11.2 (quantization of black–hole area could alter or obviate the production of Hawking radiation). arXiv：gr-qc / 0304042
7. ^ N=2 extremal black holes Sergio Ferrara, Renata Kallosh, and Andrew Strominger Phys. Rev. D 52, R5412(R) – Published 15 November 1995
8. ^ EXTREMAL BLACK HOLES AND ELEMENTARY STRING STATES ASHOKE SEN (International Centre for Theoretical Physics, P.O. Box 586, I-34100 Trieste, ItalyTata Institute of Fundamental Research, Homi Bhabha Road, Bombay 400005, India) Modern Physics Letters A 1995 10:28, 2081-2093

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