从理论上说,黑洞有熵,有能量,遵从热力学规律,所以自然有热辐射,你说的射线和粒子就是这种热辐射
从这些射线和粒子产生的机制上说,又几种,最早发现的是旋转带电黑洞由于其具有的电荷和旋转会产生辐射,把所带的电荷逐渐抛出去,同时旋转减慢,最终变成不带电的静止黑洞.事实上所有的动态黑洞都具有类似机制,最终抛出全部多余的能量、电量,最终演化成最简单的静止的黑洞.
不过人们最感兴趣的还是静止黑洞产生辐射的机制,不仅因为这种辐射是最普遍的,所有黑洞中都存在的,也因为这种辐射的存在是证明黑洞同样遵循热力学定律的关键.
70年代,霍金提出了一种静止黑洞产生辐射的机制.因为按照已有的量子力学理论,真空中实际上时刻都存在着能量的扰动,形成分别携带正负能量的正反粒子对.在一般情况下,正负粒子对得不到足够的能量将它们分开,变成真正的一个正能粒子和一个负能粒子,因此几乎在形成的瞬间就又会湮灭.即使偶然形成了真正的负能粒子,由于我们的宇宙在形成之初就存在的正能粒子占优势的对称破缺,这个负能粒子也很快会被附近的正能粒子中和,从而无法被察觉.
但是如果在黑洞附近,由于黑洞的引力形成了一个强大的势垒,在接近黑洞表面的地方形成的粒子对就有机会得到足够的能量,变成真实的粒子.这是就有三种情况,一种是两个粒子同时落入黑洞或都不落入黑洞,另外两种分别是正能粒子落入黑洞二负能粒子留在洞外,或反之.
两个粒子同时落洞或都不落洞的情况不会出现问题.而负能粒子留在外边的时候,由于刚才说的对称破缺,它会很快被另外的正能粒子中和,效果和两个粒子都留在洞外的效果一样.但是当留在外边的是正能粒子时,我们看到的就是在真空中凭空产生了一个粒子,从而可以把它视作从黑洞中抛射出来的.霍金证明,通过这种机制产生的辐射的能量谱与黑体辐射的能量谱是一致的
