科学家回信|董建敏：霍金辐射中的粒子可摆脱黑洞引力

编者按：2023年5月起，“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起“科学家回信”活动，邀请广大读者向自己心中向往尊敬的科学家、科技工作者提问、留言。活动启动后，“学习强国”“科学网App”收到了读者的踊跃留言。我们精选了读者小黑饼干的提问，请中国科学院近代物理研究所研究员董建敏发出第九十五期手书回信。

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读者李祥:为什么黑洞的辐射可以摆脱黑洞的引力？

董建敏：黑洞的辐射，特别是霍金辐射，是一种独特的物理现象，它解释了为什么粒子能够从黑洞的边缘逃逸，尽管黑洞的引力极其强大。以下是霍金辐射能够摆脱黑洞引力的简要解释：

霍金辐射起源于黑洞边缘的量子涨落。在这些极端条件下，量子效应导致粒子对的瞬时产生。这些粒子对通常具有相反的属性，如电性或动量。当粒子对在黑洞边缘产生时，其中一个粒子（通常是正能量粒子）有可能获得足够的能量和动量，尝试克服黑洞的引力势垒。

关键在于，黑洞的引力虽然强大，但它主要作用于黑洞的事件视界内部。霍金辐射中的粒子对是在黑洞边缘产生的，这意味着它们处于引力的边缘地带。在这种情况下，一个粒子有可能通过量子隧穿效应“穿过”黑洞的引力势垒，从而逃逸到外部空间。

量子隧穿效应是一种量子物理现象，它允许粒子有一定概率穿过看似不可逾越的障碍。在霍金辐射的情况下，这个障碍就是黑洞的引力势垒。逃逸的粒子带走了能量，这符合能量守恒定律，同时也解释了为什么黑洞会向外辐射能量。

因此，尽管黑洞的引力极其强大，但霍金辐射中的粒子仍然有可能通过量子隧穿效应逃逸到外部空间。这种现象不仅挑战了我们对黑洞的传统理解，还为我们探索量子引力和黑洞物理学的更深层次提供了线索。

霍金辐射是黑洞物理学中一个令人着迷的现象，它揭示了量子效应如何在极端条件下与引力相互作用，从而产生意想不到的结果。