一幅插图显示能量的涌入导致黑洞增长。（图片来源：乔纳森·舒和丹尼尔·帕拉伊佐/宾州州立大学）或许有一个更简单的方法来描述黑洞如何“泄漏”能量，而不是斯蒂芬·霍金所提出的理论——而新建议的过程类似于我们描述水开锅的方式。这种简单（也可以说相对简单）的描述可以用于建模许多情况下的黑洞，比如在它们的形成、与其他黑洞的合并、最终蒸发甚至爆炸性死亡时。在1970年代，传奇的理论物理学家斯蒂芬·霍金给《自然》杂志写了一封题为“黑洞爆炸？”的信，解释这些物体如何可能泄漏热辐射、蒸发并最终在其生命结束时坍缩。这种辐射最终被称为霍金辐射。不过，在新的研究中，科学家们建议了一种霍金辐射的替代方案。它涉及描述黑洞的混乱增加，即熵。以水开为例，通常也是基于其熵的增加来描述的。对于黑洞而言，这一熵的度量与自旋和能量等特征相关，这意味着它可以用来理解这些宇宙巨人如何应对不同事件。“霍金黑洞力学定律为极端与普通物理之间提供了令人满意的联系，并且已经存在了50年，但它存在一个严重的局限性，”宾州州立大学厄伯利科学院的首席研究员阿布哈伊·阿什泰卡在一份声明中表示。“它们是为保持平衡的黑洞——即随时间不变的黑洞——制定的，但黑洞是不断变化的；它们形成、合并，最终蒸发。我们想找到克服这一局限性的方法，使这些定律能够扩展到不平衡的黑洞。”要研究黑洞的起源，人们必须回到历史上最著名的物理学家（抱歉霍金，你是第二名），阿尔伯特·爱因斯坦。1915年，爱因斯坦揭示了他的引力理论——广义相对论。该理论所依据的方程之一的结果是奇点的可能性，即广义相对论的方程达到无穷大的点。这代表了黑洞的中心。广义相对论方程的另一个结果是围绕这一奇点的空间区域，在该区域，重力极其强大，以至于该区域的逃逸速度增加到超越光速的值。该区域是黑洞的光陷阱外边界，被称为事件视界，它阻止我们看到黑洞中心的奇点或收到来自它的信息。实际上，直到1974年霍金的工作之前，这就是为什么人们提出没有任何东西可以逃脱黑洞的原因。“黑洞力学定律直接来源于爱因斯坦的方程，”来自宾州州立大学的物理研究生丹尼尔·E·帕拉伊佐说。“因为你无法看到黑洞，所以似乎有无限多的方法可以构造一个黑洞，这使得它们的熵也是无限的。人们还认为它们只会吸收能量，而不会辐射，因此它们的温度为零。”然而，霍金辐射的出现在某种程度上改变了这一范式。霍金通过提出黑洞实际上辐射热能，使得其重新定义为一种使得热力学定律突然可以应用于黑洞的状态。“这改变了人们对黑洞热力学性质的看法，从一种通过方程描述的数学概念，转变为一种更具物理现实性的状态，”帕拉伊佐说。“这为在黑洞中找到热力学所使用的熵和温度的类比打开了大门。”一幅黑洞爆炸的插图。（图片来源：罗伯特·里亚（由Canva制作））在霍金的黑洞配方中，事件视界的面积与其温度和熵成正比，但与其质量和自旋成反比。“不过，有一个问题，”来自宾州州立大学的团队成员乔纳森·舒在声明中表示。“这些类比实际上只适用于平衡状态的黑洞。在动态情况下，事件视界可以在我们称之为空间-时间的平坦区域形成并增长，而那里没有任何事情发生。”舒补充说，结果是黑洞的性质不能仅通过黑洞局部物理来确定。相反，确定黑洞的性质依赖于可能发生或可能不会发生的未来事件的预测。“因此，事件视界的面积不能作为动态黑洞的物理熵的度量，”舒主张。“如果我们想理解正在增长、蒸发和合并的黑洞，我们需要一个可行的替代方案。”对于团队来说，这意味着用某种方式替换掉黑洞的事件视界...