黑洞辐射理论:被辐射出去粒子的谱恰好正是热物体的辐射谱。黑洞在以恰到好处的速率不断地发射出粒子,从而保证不致违背第二定律。
从那时起,其他人又通过若干种不同的形式反复进行了计算。他们全都证实了黑洞应当像有温度的热物体那样会发出粒子和辐射,而这里的温度仅取决于黑洞的质量:质量越大,温度越低。可以通过以下方式来理解这种发射:被我们设想为真空的空间不可能完全空无一物,不然的话各种场,如引力场和电磁场等,都必然严格为零。然而,场的强度及其随时间的变化率可类比为粒子的位置和速度。根据测不准原理,对其中的一个量知道得越精确,另一个量就越不可能测准。
所以在虚无空间中,场是不可能始终保持严格为零的,不然就会出现场的强度值恰好为零,而同时它的变化率也恰好为零。实际情况是,就一个场的强度而言,必然存在某种最小的不确定性量值,或者说量子起伏。我们可以把这种起伏设想为光或引力的粒子对,它们在某个时刻同时出现,因运动而彼此远离,然后再度相遇并互相湮没。这类粒子称为虚粒子。虚粒子与实粒子不同,它们不可能直接用粒子探测器来加以观测。不过,它们的一些间接效应,如电子轨道和原子的能量之微小变化则是可以测出来的,而且以异乎寻常的精确度与理论预期值相吻合。
根据能量守恒,虚粒子对中的一个成员会具有正能量,而另一个成员则有负能量。负能量成员必然是一种短命的粒子,这是因为在通常情况下实粒子总是具有正能量。因此,负能量粒子必须找到它的伙伴,并与之湮灭。然而,黑洞内部的引力场非常之强,即使是实粒子也可以具有负能量。
所以,如果有黑洞存在,那么具有负能量的虚粒子有可能落入黑洞,并变为实粒子。在这种情况下,这个虚粒子不再必须与它的伙伴发生湮灭;它那被遗弃了的伙伴同样有可能落入黑洞。不过,因为它具有正能量,也可能作为一个正粒子而逃逸至无穷远。对一定距离外的一名观测者来说,这个粒子便表现为是由黑洞发射出来的。黑洞越小,负能量粒子在变为实粒子之前所必须越过的距离就越短。随之而来的是发射率便越大,而黑洞的表观温度就越高。