黑洞是宇宙中最神秘的天體之一，它們的引力場如此強(qiáng)大，以至于連光都無法逃逸。但是，根據(jù)量子力學(xué)，黑洞并不是完全黑暗的，它們會向外輻射粒子，從而緩慢地失去質(zhì)量和能量。這種現(xiàn)象被稱為霍金輻射，它會導(dǎo)致黑洞蒸發(fā)，是由霍金在1974年首次預(yù)言的 。

霍金的解釋是，真空中存在著虛擬的粒子-反粒子對，它們不斷地產(chǎn)生和湮滅。如果這樣一對虛擬粒子出現(xiàn)在黑洞的事件視界附近，那么有可能其中一個粒子掉入黑洞，而另一個粒子逃離到無窮遠(yuǎn)處。這樣，虛擬粒子就變成了真實粒子，而黑洞則損失了一些質(zhì)量和能量。

但是，這種解釋依賴于事件視界的存在，而事件視界是一個非局域的概念，它取決于整個時空的結(jié)構(gòu)。那么，是否有一種更局域的機(jī)制來描述黑洞蒸發(fā)呢？答案是肯定的。在最近發(fā)表在《物理評論快報》上的一篇論文中，荷蘭拉德伯德大學(xué)的Wondrak等人提出了一種新的方法來研究引力場中的粒子對產(chǎn)生，并將其應(yīng)用到黑洞蒸發(fā)的問題上。

他們的方法借鑒了施溫格效應(yīng)的思想。施溫格效應(yīng)是指在強(qiáng)電場中產(chǎn)生帶電粒子對的現(xiàn)象，例如在電場中產(chǎn)生電子-正電子對。這種效應(yīng)可以用熱核方法來計算 ，即考慮真空態(tài)在外場下的能量期望值，并利用海森堡不確定性原理來估計產(chǎn)生真實粒子對所需的臨界條件。

Wondrak等人將這種方法推廣到了彎曲時空中，并考慮了一個無電荷無質(zhì)量標(biāo)量場在史瓦西時空中的行為。他們發(fā)現(xiàn)，在彎曲時空中，時空曲率起到了類似于電場強(qiáng)度的作用，導(dǎo)致了局域的粒子對產(chǎn)生。他們還給出了一個徑向產(chǎn)生剖面，即不同位置處產(chǎn)生粒子對的概率分布。他們發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生粒子對最多的地方是在不穩(wěn)定光軌道附近，即距離黑洞事件視界約1.5倍史瓦西半徑處。

他們進(jìn)一步比較了他們得到的粒子數(shù)和能量通量與霍金輻射的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)兩者具有相同的數(shù)量級。然而，他們的粒子對產(chǎn)生機(jī)制本身并不顯式地使用事件視界的概念，而只依賴于局域的時空曲率。這意味著，即使沒有事件視界，也可能存在粒子對產(chǎn)生和黑洞蒸發(fā)的現(xiàn)象。例如，中子星，它的史瓦西半徑小于其表面半徑，也可能產(chǎn)生類似的霍金輻射。

這篇論文為黑洞蒸發(fā)提供了一個新的視角，并展示了引力場中的粒子對產(chǎn)生是一種普遍的現(xiàn)象，不僅包含了霍金輻射，還可能有其他的物理效應(yīng)。這些效應(yīng)在未來的實驗和觀測中可能有所體現(xiàn)，例如在高強(qiáng)度激光束或超外圍重離子碰撞中產(chǎn)生的強(qiáng)電場和強(qiáng)重力場中。