黑洞的溫度是多少？最高只比絕對零度高5000萬分之一度

黑洞可謂是宇宙中最為奇特、最為神秘的天體之一。愛因斯坦的廣義相對論最早預言了這種天體的存在，後來天文學家觀測到了一系列黑洞存在的間接證據，並在2019年首次捕捉到了黑洞的「真容」。

黑洞的特殊之處在於它們會把光吞噬掉，而且本身也不會發光，這使得它們在電磁波上是完全黑暗的，我們其實是看不到黑洞的。之所以天文學家能夠拍攝到黑洞的照片，是因為有些大型黑洞周圍存在發光的吸積盤，由此可以襯託出黑洞的輪廓。

在宇宙中，幾乎所有的天體都會發光，或者反光。無論是恆星、行星、彗星，還是諸如白矮星、中子星這樣的死亡恆星，它們都是有溫度的，而且溫度越高，天體也會顯得越亮。已知最熱的恆星（WR 102）表面溫度達到了21萬度，而中子星剛形成時的表面溫度更是高達100萬度。

既然黑洞是完全黑的，那麼，黑洞有溫度嗎？黑洞的溫度是絕對零度，還是多少度呢？

關於這個問題，首先要弄清楚黑洞究竟是怎樣的一種天體。根據廣義相對論，黑洞是沒有實體表面的，黑洞本身的所有質量都在中心的奇點，這個奇點會極度扭曲周圍的空間。在這種彎曲空間中，光也會被束縛住，這是導致黑洞不發光的原因。

另一方面，溫度是微觀粒子熱運動劇烈程度的度量，代表的是粒子的平均動能。也就是說，只有當物體由微觀粒子構成時，溫度才有意義。對於沒有任何粒子的絕對真空，就沒有溫度的概念。

黑洞沒有實體，只是由無窮小的奇點和空蕩蕩的彎曲空間組成，從這個角度來看，黑洞也是沒有溫度的概念。但有人可能會說，黑洞會摧毀靠近它們的物質，把它們撕碎成原子，最後把它們吸入到奇點之中。由此可見，黑洞內部存在大量粒子，所以那裡確實是有溫度的，但這個溫度並不是黑洞本身的。

霍金等一些物理學家已經在理論上證明，黑洞只有質量、角動量和電荷這三種簡單的性質，其他物理屬性都在黑洞形成過程中喪失掉，這就是著名的「黑洞無毛定理」，由廣義相對論大師惠勒最早提出猜想。

不過，從黑洞的一種特殊性質來看，黑洞從某種意義上來說又是有溫度的。

根據霍金輻射，如果量子真空漲落隨機出現在黑洞的邊緣，由此產生一對虛粒子，負能粒子掉進黑洞中，正能粒子則會脫離黑洞。正常而言，正負能粒子會發生湮滅。但如果黑洞吸收了負能粒子，就會導致它自身的質量被正能粒子帶走，所以黑洞的質量會隨著霍金輻射而變得越來越低。

由於霍金輻射的存在，黑洞是有熱輻射的。根據這樣的原理，可以推導出黑洞的溫度為：

從上式可以看到，黑洞的溫度只與質量有關，具體而言，兩者成反比例。黑洞的質量越大，溫度越低。對於質量最小的恆星級黑洞（3倍太陽質量，這是目前已知宇宙中所會存在的最小黑洞），其溫度僅為一億分之二開氏度（20 nK），也就是比絕對零度高了5000萬分之一度，這是黑洞的最高溫度。而對於質量達到太陽430萬倍的銀河系中心超大質量黑洞，其溫度更是低至100萬億分之一開氏度。

宇宙的平均溫度比絕對零度高出大約3度，所以即便是最小最熱的黑洞，其溫度也是遠遠低於宇宙的平均溫度。因此，黑洞的熱輻射極小，它們完全會被淹沒在宇宙微波背景輻射之中。