探索霍金辐射：黑洞的微小碎片可能揭示伟大理论

霍金的留个人们的理论中，他有一个观点就是在宇宙中，永恒不再是常理，最近，这个观念可能不久将被科学家所证实。

这一理论源自霍金最杰出的贡献：黑洞并不静止，它们会释放出热辐射，并因此逐渐蒸发，最终以一场爆炸结束自己的生命。这种特殊的辐射被命名为“霍金辐射”，以纪念这位杰出的物理学家。霍金辐射的理论可以追溯到1974年，霍金所写的一封信，题为“黑洞爆炸？”并发表于《自然》杂志。这封信的产生基于霍金对量子物理如何影响黑洞这一形式主义的思考，而这些现象源自于爱因斯坦的广义相对论。然而，至今为止，这一辐射仅仅停留在理论层面，尚未得到实证。

不过，最新的研究显示，科学家们可能找到了证明霍金辐射存在的方法；也许在不久的将来，我们将能够确认霍金辐射的真实性。研究团队提出，大型黑洞在灾难性的撞击和合并过程中，可能会释放出极小且温度极高的黑洞“碎片”——这可能成为揭示霍金辐射的关键。霍金曾指出，黑洞越小，其辐射霍金辐射的速度就越快。因此，超大质量黑洞——其质量是太阳的数百万或数十亿倍——蒸发完全可能需要比宇宙寿命还要长的时间。换言之，如何探测这种极为缓慢的辐射呢？一个办法是，对于那些质量和小行星相当、被命名为“Bocconcini di Buchi Neri”的微小黑洞碎片。

这样的微型黑洞可能在人类可观测的时间尺度内蒸发并爆炸。此外，研究团队认为，在黑洞生命终结时应能观测到其通过辐射霍金辐射而缩小直至消失的特征信号。丹麦南方大学的科学家、理论物理学家弗朗西斯科·桑尼诺在采访中表示：“霍金预测，黑洞在发射粒子后会逐渐蒸发并最终消失，我们正开始研究这一点，以及在灾难性的天体事件如两个黑洞合并中形成的多个黑洞碎片或‘Bocconcini di Buchi Neri’的观测效应。”

有趣的是，量子理论和广义相对论至今仍难以统一。在过去的五十年里，霍金辐射一直是一个谜，未被实证，可能有两个原因：首先，大多数黑洞可能并不发出这种热辐射；其次，即使它们发出辐射，也可能难以探测。此外，黑洞本身就非常奇特，因此研究它们颇具挑战。桑尼诺指出“令人惊奇的是，黑洞的温度与其质量成反比。这意味着，质量越大的黑洞越冷，质量越小的黑洞越热。”即便在宇宙中最为空旷的区域，温度也大约是零下270摄氏度。这个温度源自大爆炸后不久的均匀辐射场，即“宇宙微波背景”或“CMB”。这个辐射场也被称为“宇宙化石”，因为它非常古老。

根据热力学第二定律，热量本应从较冷的物体流向较热的物体。法国国家科学研究中心的研究作者贾科莫·卡奇阿帕利亚表示“比太阳质量大几倍的黑洞很稳定，因为它们比CMB更冷，因此，只有更小的黑洞预计会发出可观测的霍金辐射。” 由于目前宇宙中大多数黑洞起源于天体事件，质量数倍于太阳，它们无法发出可观测的霍金辐射。“只有轻于月球的黑洞才能发出霍金辐射。我们提出，这类黑洞可能在黑洞合并过程中产生并被抛射出来，随即开始辐射，”卡奇阿帕利亚补充道。“在黑洞合并附近，会大量产生这种黑洞碎片。”然而，这些微小的黑洞并不能产生足够影响，使得它们可以通过事件视界望远镜进行直接成像，就像超大质量黑洞那样，通过观测其周围的发光物质。

研究团队建议，可以通过一种称为伽马射线暴的强大高能辐射爆炸来指示这些黑洞碎片的存在，这种辐射发生在检测到黑洞合并的同一片天空区域。研究人员认为，这些“Bocconcini di Buchi Neri”黑洞会因失去质量而加速霍金辐射，从而快速走向爆炸性终结。预计大约2万吨质量的黑洞需16年时间才能完全蒸发，而质量至少10万吨的碎片黑洞可能持续数百年。碎片的蒸发和毁灭会产生能量超过万亿电子伏特（TeV）的光子。为了展示这有多么能量充沛，桑尼诺举例说，欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC）——世界最大的粒子加速器，以13.6 TeV的总能量对撞质子。

研究团队确实有探测这些黑洞碎片蒸发时的方法。首先，可以通过检测引力波——爱因斯坦所预测的时空微小涟漪，在物体撞击时产生——来探测黑洞合并。然后，天文学家可以利用伽马射线望远镜，如高海拔水切伦科夫伽马射线天文台，它可以探测能量在100吉电子伏特（GeV）到100 TeV之间的光子。

研究团队承认，在确认碎片黑洞的存在之前还有很长的路要走，因此，在最终验证霍金辐射之前同样有漫长的路。卡奇阿帕利亚总结道： “由于这是一个全新的想法，我们还有很多工作要做。我们计划提升对在TeV规模以上高能霍金辐射发射的模拟，我们对粒子物理学的知识变得不那么确定，这将涉及在搜寻这些独特信号的实验合作中寻找他们的数据集，从长远来看，我们计划详细研究在灾难性的天体事件如黑洞合并期间碎片的产生。”