第16章 黑洞不是这么黑的(1)[第1页/共3页]

比方，考虑一盒气体分子的体系。分子能够以为是不竭相互碰撞，并不竭从盒子壁反弹返来的康乐球。气体的温度越高，分子活动得越快，如许它们撞击盒壁越频繁也越短长，并且它们感化到壁上的向外的压力越大。假定初始时统统分子被一隔板限定在盒子的左半部。如果接着将隔板撤除，这些分子将趋势散开并充满盒子的两半。在今后的某一时候，统统这些分子偶尔会都呆在右半部或回到左半部，但占绝对上风的能够性是，分子的数量在摆布两半大抵不异。这类状况比本来的统统分子都在一个半部的状况更加无序。是以，人们说气体的熵增加了。近似地，假定我们从两个盒子开端，将一个盒子充满氧分子，另一个盒子充满氮分子。如果把两个盒子连在一起并移去中间的壁，则氧分子和氮分子就开端异化。在厥后的时候，最能够的状况是两个盒子都充满了相称均匀的氧分子和氮分子的异化物。这类状况比本来分开的两盒的初始状况更无序，即具有更大的熵。

热力学第二定律是这个看法的一个精确描述。它陈述道：一个伶仃体系的熵老是增加的，并且将两个体系连接在一起时，其归并体系的熵大于统统伶仃体系熵的总和。

和其他科学定律，比方牛顿引力定律比拟，热力学第二定律的状况相称分歧。比方，它只是在绝大多数的而非统统景象下建立。在今后某一时候，我们第一个盒子中的统统气体分子在盒子的一半被发明的概率只要几万亿分之一，但它们能够产生。但是，如果四周有一黑洞，仿佛存在一种非常轻易的体例违背第二定律：只要将一些具有大量熵的物体，比方一盒气体，抛进黑洞里。黑洞以外物体的总熵就会减少。当然，人们仍然能够说，包含黑洞里的熵的总熵没有降落――但是因为没有体例看到黑洞内里，我们不能晓得内里物体的熵为多少。如果黑洞具有某一特性，黑洞外的察看者因之可晓得它的熵，并且只要照顾熵的物体一落入黑洞，它就会增加，那将是很美好的。紧接着上述的黑洞面积定理的发明，即只要物体落入黑洞，它的事件视界面积就会增加，普林斯顿大学一名名叫雅可布・柏肯斯坦的研讨生提出，事件视界的面积便是黑洞熵的量度。因为照顾熵的物质落到黑洞中时，它的事件视界的面积会增加，如许就使黑洞外物质的熵和事件视界面积的和永久不会降落。

人们非常轻易从黑洞面积的非减行动遐想起被叫做熵的物理量的行动。熵是测量一个体系的无序的程度。知识奉告我们，如果不停止内部干与，事物老是偏向于增加它的无序度。（你只要停止保养屋子就会看到这一点！）人们能够从无序中缔造出有序来（比方你能够油漆屋子），但是必须耗损精力或能量，如许减少了可操纵的有序能量的数量。

人们能够将这些起伏了解为光或引力的粒子对，它们在某一时候同时呈现，相互分开，然后又相互靠近，并且相互泯没。这些粒子正如同照顾太阳引力的虚粒子：它们不像真的粒子那样，能用粒子探测器直接察看到。但是，它们的直接效应，比方原子中的电子轨道能量产生的藐小窜改，可被测量出，并和实际预言分歧的程度，令人非常惊奇。不肯定性道理还预言了存在近似的虚的物质粒子对，比方电子对和夸克对。但是在这类景象下，粒子对的一个成员为粒子，而另一成员为反粒子（光和引力的反粒子和粒子不异）。

开初我觉得这类辐射表白我利用的一种近似无效。我担忧如果柏肯斯坦发明了这个环境，他就必然会用它去进一步支撑他关于黑洞熵的思惟，而我仍然不喜好这类思惟。但是，我越细心考虑，越感觉这近似实在应当有效。但是，最后使我佩服这辐射是实在的来由是，这辐射的粒子谱刚好是一个热体辐射的谱，并且黑洞以刚好制止第二定律被违背的精确速率发射粒子。而后，其别人用多种分歧的情势反复了这个计算。他们统统人都证明了黑洞必须如同一个热体那样发射粒子和辐射，其温度只依靠于黑洞的质量――质量越大则温度越低。