霍金辐射如何精确地减少黑洞的质量？

根据我到目前为止的了解，当一个虚拟粒子穿过事件范围而另一个没有穿过事件范围时，它们将无法相互消灭。后者徘徊在宇宙中（顺便说一句，在这一点上它仍然是虚拟的吗？如果是的话，此时“虚拟”是什么意思？），而另一个则被黑洞吞噬了。我看不到此事件如何导致黑洞的蒸发（因为粒子不是源自黑洞）。消耗的粒子实际上不应该累加到黑洞质量中吗？

最接近我的问题是霍金辐射实际上是否会将质量带入宇宙？，但我认为答案并不令人满意。

即“ 逃逸的虚拟粒子被黑洞的引力场“增强”成为真实粒子 ”，而是添加到问题中然后对其进行回答。

编辑：我对答案中提供的知识感到谦卑，并且觉得自己无能为力，将其标记为最合适。我希望这可以。

我将给您一个直观的答案。请记住，这不是“实际”答案，因为霍金辐射比带有虚拟粒子的典型流行科学解释要复杂得多。但是，一些直观的理由仍然是可能的。

我看不到此事件如何导致黑洞的蒸发（因为粒子并非源自黑洞）。

您在这里错过了关键点。

当生成该对时，它们是虚拟粒子。该对的一侧被黑洞吸收，另一侧被释放后，释放的部分为真实颗粒。巨大的差异-虚拟与真实。

虚拟粒子的存在与您和我的存在并不完全相同。它们似乎存在很短的时间。根据海森堡方程，能量越强，虚拟“存在”的间隔就越短。在许多方面，它们只是一个数学技巧。

想想真空，那里没有真正的粒子存在。以前，这只是真空。现在，一对虚拟配对短暂闪烁，然后消失了。将来，它又会变成真空。

以前的能量是多少？零。未来的能源是什么？零。闪烁期间会产生什么能量？好吧，在海森堡方程允许的范围内，它基本上为零。最重要的是，虚拟粒子会来去去去，它们对某些空白空间的能量平衡没有贡献。

（为了直观说明，我在这里忽略了真空能的概念。）

但是，让我们说一个虚拟粒子被黑洞困住了，因此它无法消灭它的对应粒子。另一个粒子以相反的方向飞行并逃离黑洞。更糟糕的是，这现在是一个真实的粒子-我们已经超过了海森堡方程所允许的持续时间，因此逃逸的粒子不再是虚拟的。

那个粒子是如何变成真实的？

这是一个大问题，因为虚拟粒子不需要短暂存在的能量预算，而真实粒子却可以永远携带能量。某种原因阻止了虚拟对消灭自己，并将其中一个组件提升为真实粒子的状态。虚拟对具有零能量。脱离的真实粒子具有非零能量。能量必须来自某个地方。

它来自黑洞。黑洞放弃了它的一些质量/能量（同样的东西），将一个粒子从虚拟提升为真实。捕获了另一个粒子-但是无论如何都是虚拟的，这并不重要。

这种直观的解释并没有说的是实际上是如何实现提升的。我不知道，魔术。虚拟粒子之一以某种方式从黑洞中获取了大量能量，并成为真实粒子。

同样，这不是实际过程。实际过程比较复杂。这只是一个流行科幻童话。

编辑：为了更近地打到家，相对于Unruh效应，霍金辐射更像是一个近距离。假设惯性观察者看到了这块体积中的空白空间。加速的观察者不会看到相同体积的空白空间，而是会看到黑体辐射。这就是Unruh效应。

好吧，按照广义相对论，重力和加速度是一回事。因此，黑洞附近的强引力等于强加速度。那里必须发生类似于Unruh效应的事情。那就是霍金辐射。

http://backreaction.blogspot.com/2015/12/hawking-radiation-is-not-produced-at.html

EDIT2：当前在此页面上的其他答案提供了有用的替代要点，因此也请检查一下。

这些讲义在某种程度上解决了这些问题，尤其是在幻灯片33-35上。

因为在地平线附近强烈扭曲的时空中，由真空起伏产生的虚拟粒子结果显示具有负能量密度。

能量密度=每单位体积的能量。

这些粒子确实具有正质量-看看逃逸的那个！-但是它们的质量在时空上分布很奇怪。（从力学角度而言，粒子的体积非零；这是波粒二象性的一个方面。）

能量密度为负的物质通常称为 异物

然后，

平坦时空中的量子机械真空波动-远离任何强重力场-始终具有零净能量密度；他们永远不会异国情调。

但是，在一个弯曲的时空中，真空波动通常是奇异的：据一位遥远的观察者说，它们的净能量密度为负，这是通过观察由波动集合引起的光偏转来测量能量密度的。曲率越强，能量密度看起来越负。

这是到目前为止我所看到的最好的解释。

海森堡的原则允许您暂时违反节能法规（例如，一无所有地制造成对的颗粒），只要您及时偿还一切费用。粒子-反粒子对越大，必须尽快偿还。将虚拟对转换为真实对可以视为产生了一些负能量“异物”（无论是什么）来表示未偿债务。它的能量大小与带有相反符号的那对相等。然后，它与其中一个粒子一起落入黑洞，从而降低了整个黑洞的质量。

黑洞的视界阻碍了一些虚拟对的重新组合，因此将发生虚拟->真实的转换。

我发现本次演讲的想法相同（更详细，但鲜为人知）：http : //teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf

我不知道专家是否会同意此描述，但这是我的理解：

空间和事件视界都处于恒定的量子波动中。本质上，事件范围很小。在事件视界起伏不定的点（黑洞的平均半径以上），它的局部能量高于平均水平。强烈的重力迅速将局部碰撞向下拉，而下降的碰撞使局部能量集中返回整个事件层。

现在，让我们考虑孔附近可能存在的虚拟粒子对。如果静止的虚拟粒子对出现在事件视界的正上方，它将重新组合并消失，或者整个事物被拉入孔中并消失为零。我们需要一个虚拟的粒子对，该粒子对具有接近黑洞的运动，并且光速接近光速。如果该虚拟粒子对足够快地完全逃脱，它们将重新结合并消失。净效应为零。我们需要一个虚拟粒子对，它以接近光速的速度从黑洞中移开，并且我们需要一个仅捕获一个虚拟粒子的地平线波动。我相信波纹必须在极度向下的加速度下才能从第二个虚拟粒子上拉开，以避免同时捕获两者。这是关键部分：粒子对之间的能量负债将它们强烈地拉向彼此。被捕获的粒子被向上拉，在捕获它的地平线上有效地向上拉。这减缓了地平线波纹的下降，减少了下降的波纹返回黑洞其余部分的能量。

将两个虚拟粒子拉开所需的能量等于两个非虚拟粒子的组合能量。因此，下降的波纹会损失等于两个粒子的能量，而空穴会吞噬一个粒子。一切都与一个逃逸的粒子保持平衡。

我相信不管虚拟粒子是光子还是物质-反物质对，它的工作原理都是一样的。

这类似于量子力学。QM中的粒子可以隧穿不可能的屏障，这就是比铅重的元素如何使它们的某些中子“隧道”离开原子核，从而逃避了强力键的约束。

小黑洞就像一个量子屏障，粒子可以通过隧道逃逸。障碍（事件范围）越小，越有可能越能越过隧道。因此，一个质量为228吨的微型黑洞和一个事件视野为3.4 x 10 ^ -7英尺（实际上小于质子大小的百万分之一）的粒子，将不会保持很长时间，甚至完全消失。实际上，它会在经过精确的霍金辐射后爆炸 1秒钟。

一个较大的地球质量黑洞（半径为整个厘米）将持续更长的时间：8 x 10 ^ 50年，因为粒子越不可能越过整个厘米来获得自由。

来源：从三维黑洞进行量子隧穿：https : //arxiv.org/abs/1306.6380

来源：以量子效应为模型的霍金辐射：http：//cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817