数学物理学家和宇宙学家史蒂芬·霍金他最出名的作品是探索两者之间的关系和量子物理学。
一个是一颗垂死的超大质量恒星陷入自身的残骸；这些残余物收缩到如此小的尺寸，以至于引力如此强大，甚至连光也无法从它们中逃脱。
黑洞在大众的想象中显得尤为突出——小学生们思考为什么整个宇宙不会塌缩成一个。但霍金细致的理论工作填补了物理学家关于黑洞的知识中的一些漏洞。
黑洞为何存在？
简短的答案是：因为引力存在，而光速不是无限的。
想象一下你站在地球表面，以一定角度向空中发射一颗子弹。你的标准子弹会落回更远的地方。
假设你有一把非常强大的步枪。然后你也许能够以这样的速度发射子弹，使其不会落到很远的地方，而是“错过”地球。不断下落并不断偏离表面，子弹实际上将在绕地球的轨道上运行。
如果你的步枪更强，子弹的速度可能会很快，以至于完全脱离地球引力。这本质上就是当我们将火箭发射到， 例如。
现在想象一下重力要强得多。没有步枪可以将子弹加速到足以离开那个星球，所以你决定发射光。
虽然光子（光的粒子）没有质量，但它们仍然受到重力的影响，弯曲它们的路径，就像子弹的轨迹被重力弯曲一样。即使是最重的行星也没有足够强大的引力来弯曲光子的路径以防止其逃逸。
但黑洞不像行星或恒星，它们是恒星的残余物，被包裹在最小的球体中，比如半径只有几公里的球体。
想象一下，您可以站在黑洞表面，手持射线枪。您以一定角度向上拍摄，会发现光线发生弯曲，向下射出并错过了表面！现在，射线处于围绕黑洞的“轨道”中，其距离大致相当于宇宙学家所说的史瓦西半径，即“不归点”。
因此，由于连光都无法从你站立的地方逃逸，所以你所居住的物体（如果可以的话）对于从远处观看的人来说看起来完全是黑色的：黑洞。
但霍金发现黑洞并非全黑？
简短的回答是：是的。
我之前对黑洞的描述使用了经典物理学的语言——基本上，牛顿的理论应用于光。但物理定律实际上更复杂，因为宇宙更复杂。
在经典物理学中，“真空”一词意味着完全不存在任何形式的物质或辐射。
但在量子物理学中，真空更有趣，特别是当它靠近黑洞时。真空不是空的，而是充满了由真空能量短暂产生的粒子-反粒子对，但此后不久必须相互湮灭并将其能量返回真空。
你会发现产生了各种粒子-反粒子对，但较重的粒子-反粒子对很少出现。产生光子对是最容易的，因为它们没有质量。光子必须始终成对产生，以便它们彼此远离并且不违反动量守恒定律。
现在想象一下，在距离黑洞中心（“最后光线”循环）的距离处产生一对：史瓦西半径。这个距离可能离表面很远，也可能很近，具体取决于黑洞的质量有多大。
想象一下，光子对被创建后，两个光子中的一个指向内——指向你，在黑洞的中心，拿着你的射线枪。另一个光子指向外面。
（顺便说一句，如果你尝试这个动作，你可能会被重力压垮，但我们假设你是超人。）
现在有一个问题：在黑洞内移动的一个光子无法返回，因为它已经以光速移动了。
光子对无法再次相互湮灭，也无法将能量返回到黑洞周围的真空。但必须有人付钱给吹笛者，而这必须是黑洞本身。
在欢迎光子进入其不归之地后，黑洞必须将其部分质量返还给宇宙：根据爱因斯坦著名的等式 E，该质量与一对光子“借用”的能量完全相同。 =mc²。
这本质上就是霍金在数学上所展示的。离开黑洞视界的光子会让黑洞看起来好像发出微弱的光芒：以他的名字命名。
同时他推断，如果这种情况发生很多次，持续很长一段时间，黑洞可能会失去太多质量，以至于完全消失（或更准确地说，再次变得可见）。
黑洞会让信息永远消失吗？
简短的回答：不，那是违法的。
在霍金发现辉光后不久，许多物理学家就开始担心这个问题。令人担忧的是：物理的基本定律保证“时间向前”发生的每个过程也可以“时间向后”发生。
这似乎与我们的直觉相反，溅落在地板上的瓜永远不会神奇地重新组装起来。
但像瓜这样的大物体会发生什么，实际上是由统计定律决定的。为了让瓜重新组装起来，无数的原子粒子必须向后做同样的事情，而这种可能性基本上为零。但对于单个粒子来说，这根本不是问题。
因此，对于原子事物，你向前观察到的一切都可能向后发生。
现在想象一下，您将两个光子之一射入黑洞。它们的区别仅在于我们可以测量的标记，但这不会影响光子的能量（这称为“偏振”）。
我们将这些称为“左光子”或“右光子”。当左光子或右光子穿过视界后，黑洞会发生变化（它现在拥有更多的能量），但无论左光子还是右光子被吸收，它都会以相同的方式发生变化。
现在，两种不同的历史已经成为一种未来，而这样的未来是无法逆转的：物理定律如何知道选择两个过去中的哪一个？左还是右？这违反了时间反转不变性。法律要求每一个过去都必须有一个未来，而每一个未来也必须有一个过去。
一对相互湮灭的光子被标记为 A。在第二对光子中，被标记为 B，其中一个进入黑洞，而另一个则向外，建立了由黑洞偿还的能量债务。 （克里斯托夫·阿达米/CC BY-ND）
一些物理学家认为霍金辐射可能带有左/右印记，以便让外部观察者暗示过去是什么，但事实并非如此。霍金辐射来自黑洞周围闪烁的真空，与你扔进去的东西无关。
一切似乎都消失了，但又没有那么快。
1917 年，阿尔伯特·爱因斯坦证明，物质（甚至物质旁边的真空）实际上确实会对传入的物质做出反应，以一种非常奇特的方式。该物质旁边的真空被“刺激”，产生一对粒子-反粒子对，看起来就像刚刚进入的物质的精确复制品。
从非常真实的意义上来说，传入的粒子会刺激物质创建一对自身的副本——实际上是一个副本和一个反副本。请记住，真空中始终会产生随机的粒子对和反粒子对，但痒痒的对根本不是随机的：它们看起来就像痒痒的。
这种复制过程被称为“受激发射”效应，是所有激光的起源。另一方面，黑洞的霍金辉光正是爱因斯坦所说的“自发发射”效应，发生在黑洞附近。
现在想象一下，挠痒痒创建了这个副本，这样左边的光子挠痒了左边的光子对，右边的光子产生了右边的光子对。
由于被挠痒痒的一对中的一个伙伴必须留在黑洞之外（同样是由于动量守恒），该粒子创建了所需的“记忆”，以便保存信息：一个过去只有一个未来，时间可以逆转，并且物理定律是安全的。
在一次宇宙事故中，霍金在爱因斯坦生日那天去世，他的光理论——碰巧——拯救了霍金的黑洞理论。
