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黑洞也在辐射。

在我们这个“眼球经济”的时代，在众多天体中，黑洞可以说占据了所有眼球。

我们知道，黑洞是宇宙中这样一种天体，它附近的引力如此之强，以至于即使是运动最快的物体——光，经过时也会被它吸进去，再也出不来。它周围连光都无法逃脱的范围，就叫做黑洞的视界。视界通常是一个球面界面。

在一般人的想象中，黑洞就像守财奴的钱袋一样黑暗，物质只能在里面进出。但在20世纪70年代，英国物理学家霍金提出了一个惊人的假设。他说，物质不仅可以进出黑洞，黑洞还会向外辐射，从而慢慢“蒸发”直至消失。这种辐射现在被称为霍金辐射。

这是怎么回事？这应该是一种量子效应。根据量子力学，所谓的真空并不是什么都没有，在那里产生了许多正负粒子，并相继湮灭。它们被称为虚粒子，因为它们存在的时间非常短。原来虚粒子不仅存在于真空中，也存在于我们身边的每时每刻。只有在真空中，它们才不受“真实”粒子的干扰，它们的一些效应相对容易观察到。

霍金的假设是基于这样一种思想，在黑洞的视界附近产生的一对虚光子，如果其中一个被黑洞吸入视界，根据动量守恒，另一个虚光子必然会向相反的方向飞去，也就是说逃离黑洞。从外面看，它看起来像一个黑洞正在辐射或蒸发。

霍金的辐射已经被很多理论证明了，但是要有说服力，必须有实验证据。然而，黑洞的霍金辐射非常微弱，几乎无法直接观测。于是有科学家想到在实验中模拟黑洞或者黑洞的视界，以此来看看到底有没有这种辐射。

观测到的霍金辐射？

要观测霍金辐射，关键是要制造一个事件视界，但真正的事件视界是由黑洞产生的。在目前的实验条件下，显然不可能先造出黑洞。所以这就需要科学家另辟蹊径。

地平线的一个主要特征就是里面的光逃不掉。2010年，一个由英国和意大利科学家组成的研究小组通过这样一种方法巧妙地创造了一个移动的“地平线”:在一块玻璃砖上发射一个远红外激光脉冲，激光的波长为1055纳米，脉冲的持续时间很短。激光脉冲持续时间短意味着其能量在时间上更集中。从恒星到地面的光的平均功率是1000W/m2，这个激光脉冲的功率是恒星光的万亿倍。它所携带的能量是如此的密集，以至于当它传播到玻璃块上时，无论它走到哪里，玻璃都会迅速受热变形。加热变形后，玻璃材料的光学性质发生变化，折射率骤然上升。我们知道，折射率越高，光的传播速度越慢。结果，激光脉冲在玻璃块上的移动速度也减慢。如果此时在它后面发射另一束激光，无论是什么强度，什么频率，都无法超越它前面的激光脉冲。这就好比在狭窄的道路上，如果前面有一辆行驶缓慢的大货车，那么后面的车辆就得减速，在后面磨蹭。

后面的光子被这个激光脉冲挡住了，过不去，所以这个激光脉冲的作用就像黑洞的视界。——，但这个“地平线”不是静止的，而是缓慢移动的。

为了看看这个模拟的视界是否能发出霍金辐射，科学家们在玻璃块的一侧放置了光子探测器。果然，探测器探测到了少量波长为850 ~ 950纳米的光子，这与霍金辐射产生的光子波长的理论计算非常吻合，于是科学家们认为他们第一次观测到了霍金辐射。

然而，他们的结论并没有被科学界完全接受。

由霍金辐射构成

黑洞激光器

两年后，研究小组又想出了一个招数：如果霍金辐射存在，或许可以利用“黑洞”制造激光。

通常，激光是通过在两个镜子之间放置一块激光材料来产生的，这两个镜子与电源相连，为激光提供能量。当一个光子被这种材料吸收后，就像是引发了雪崩，让这种材料“吐出”更多的光子。这些光子不断被两个镜子来回反射。它们每被反射一次，就穿过材料一次，每一次都会触发材料“吐出”更多的光子。如果它积累到一定程度，我们可以从设备中提取激光束。激光发生器就像一个光子放大器。当一个光子进去时，它以一组光子的形式出来。

科学家的想法是用两个现成的激光脉冲代替激光发生器中的两个镜子。这两个激光脉冲，其中一个用于模拟黑洞的事件视界，就像他们在2010年的实验中所做的那样，另一个用于模拟白洞3354的事件视界，光子只能接近，不能进入。整个装置相当于在“黑洞”视界中设置了另一个“白洞”视界。如果我们在它们之间注入光子，当光子接近“黑洞”视界边缘时，就不可能从“黑洞”中逃逸出来；当它回来接近“白洞”的视界时，它无法进入“白洞”，只能在“白洞”的视界和“黑洞”的视界之间来回奔跑，仿佛两端各有一面镜子。

如果霍金辐射存在，光子从模拟黑洞和白洞的视界表面不断发射出来，如上所述，这些光子在两个“镜子”之间来回奔跑，越聚越多，从而形成激光。一旦我们移开一面“镜子”，激光就会从里面发射出来。——当然，前提是霍金辐射确实存在。

科学家预测，这种“黑洞激光器”将与我们普通的激光器有些不同。普通激光单色性好，但这种激光颜色可能很杂。这是因为当光子接近“白洞”视界时，其波长会变短，即发生所谓的“蓝移”，而当其接近“黑洞”视界时，其波长会变长，即发生所谓的“红移”。所以我们不能保证所有的光子都有相同的波长。

目前，科学家已经做出了“白洞”的视界，也确实观测到了“蓝移”现象。接下来，他们必须制作“黑洞”的视界，以便观察这种“黑洞”激光是否存在。如果存在，就证实了霍金的假设。

毕竟只能等科学家最后的实验结果了。

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激光是怎么产生的？

物体发光虽然是生活中的普遍现象，但却涉及到物理学中的高深学问。

我们知道物质由原子组成。原子由原子核和核外电子组成。这些电子在原子核外有不同的轨道。一般来说都是先占据低轨道，因为此时整个原子的能量最低，最稳定，我们称之为“基态”。但是，如果我们用一些方法把低轨道的电子“抓”到高轨道，那么我们就把原子称为“激发态”。当然，一个原子只有一个基态，但是有很多激发态。原子的激发态是不稳定的。一般来说，电子会自动从高轨道回到低轨道。在这个过程中，它会“丢弃”一些能量，这些能量以光子的形式发出，光子的波长取决于两个轨道之间的能量差。这是我们看到的光。

对于灯泡等发光物体，通电后，其发光材料3354的钨原子的电子会被激发到不同的能量轨道。比如这个钨原子的电子被激发到轨道1，而另一个钨原子的电子被激发到轨道2。当这两个电子返回基态时，它们将各自发射两种不同波长的光子。这就是光色很杂的道理。这就好比你让一些不同身高的人举起一面锣，然后让他们放弃。因为每个人的身高不一样，每个锣落地的时间也不一样，所以我们听到的是一片杂乱稀疏的锣声。

对于激光，科学家可以让激光材料中的所有原子都处于相同的激发态，具有相同的能量，然后让它们同时回到基态。这样都是发射相同的光子能量，而且是同时发射的。这个原理就像上面那个锣的例子。如果命令这些人把锣举到同一个高度，然后发出松手的命令，那么这些锣落地时会发出一致的响声。

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