黑洞和白洞的數學推理運算
黑洞正變得越來越奇怪。當科學家們在20世紀70年代首次確認黑洞的存在時，我們認為它們只是簡單的、毫無生氣的天體。後來，英國著名物理學家斯蒂芬·
威廉·
霍金（Stephen William Hawking）發現，黑洞並不完全是黑色的，它們實際上會散發熱量。現在，兩位物理學家已經意識到，這些有點暗的物體也會對它們周圍的環境施加壓力。
英國蘇塞克斯大學的物理學教授澤維爾·卡爾梅特（Xavier Calmet）表示：“這種簡單的、非旋轉的黑洞有壓力和溫度，這完全是一個驚喜，令人興奮不已。”
連光都無法逃離黑洞
卡爾梅特和他的研究生福克特·柯伊珀斯（Folkert Kuipers）當時正在研究黑洞視界附近的量子效應，這是一件極其難以確定的事情。為了解決這個問題，研究人員採用了一種技術來簡化他們的計算。就在他們工作的時候，一個奇怪的術語出現在他們的數學解法中。
經過幾個月的困惑，他們意識到這個新發現的術語的含義：
它是黑洞產生的壓力的表達。
在此之前，沒有人知道它存在的可能性，這改變了科學家對黑洞以及與宇宙其他部分關係的看法。
霍金的推理
黑洞使時空扭曲
20世紀70年代，霍金成為第一批應用量子力學試圖理解視界發生了什麼的物理學家之一。視界是指黑洞周圍的區域，在這個區域之外，任何東西，甚至光，都無法逃脫。在此之前，每個人都認為黑洞是簡單的天體。
根據廣義相對論，即引力理論，第一次提出黑洞可能存在，事件視界根本沒有什麼值得注意的。視界是黑洞的“邊界”，定義了離開黑洞需要比光速更快的速度移動的區域。但這只是空間中的一種假想，如果你碰巧穿過了它，你甚至不會意識到自己已經穿過了，直到你試圖轉身離開。
霍金改變了這一切。他意識到，量子泡沫（指的是在時空的真空中不斷出現和消失的粒子海洋）可以影響對事件視界的簡單看法。有時，成對的粒子會從時空的真空中自發地出現，然後在瞬間的能量中相互湮滅，使真空恢復到原來的狀態。
黑洞在擴大
但當這種情況發生在離黑洞太近的地方時，其中一個會被困在視界後面，另一個則會逃脫。黑洞保留了逃逸粒子的能量情況，因此它必須失去質量。
這個過程現在被稱為“霍金輻射”，正是透過這些計算，我們發現黑洞並不是完全、百分之百的黑，它們會發光。這種發光被稱為“黑體輻射”，意味著它們也有熱量和熵（又稱：無序），以及我們通常用於冰箱和汽車引擎等更普通物體的所有其他術語。
一個有效的技術
黑洞雛形
霍金專注於量子力學是如何影響黑洞附近，但這並不是故事的全部。量子力學不包括萬有引力，對事件視界附近發生的事情的完整描述必須包括量子引力，或者描述在極小的尺度下引力有多強。
自20世紀70年代以來，許多物理學家都在嘗試發展量子引力理論，並將這些理論應用於視界物理學。最新的嘗試來自卡爾梅特和柯伊珀斯的新研究，發表在9月的《物理評論D》雜誌上。
卡爾梅特說：“霍金具有里程碑意義的直覺，他認為黑洞不是黑色的，而是具有與黑色非常相似的輻射光譜，這使黑洞成為研究量子力學、引力和熱力學之間相互作用的理想實驗室。”
璀璨星空下的黑洞
在沒有完整的量子引力理論的情況下，兩人使用了一種被稱為“有效場理論”的近似技術。這個理論假設在量子層面上的引力是弱的，這個假設允許你在計算中取得一些進展，而不會讓一切都分崩離析，就像量子層面上的引力被建模為非常強時所發生的那樣。雖然這些計算不會揭示事件視界的全貌，但它們可能提供黑洞周圍和內部的見解。
卡爾梅特解釋說：“如果你只考慮廣義相對論範圍內的黑洞，你可以證明，它們的中心有一個奇點。在那裡，我們所知道的它們的物理定律必然會崩潰。希望當量子場論被納入廣義相對論時，我們可能能夠找到黑洞的新描述。”
壓力來了
恆星即將被黑洞吸進去
卡爾梅特和柯伊珀斯在活動視界附近用電子脈衝電場法研究黑洞的熱力學時，他們注意到一個奇怪的數學術語突然出現在他們的方程中。一開始，這個詞完全把他們難住了，他們不知道它是什麼意思，也不知道如何解釋它。但在2020年聖誕節的一次談話中，情況發生了變化。
他們意識到方程中的這一項代表壓強。真正的壓力，就像熱氣對上升的氣球施加的壓力，或對汽車引擎活塞施加的壓力一樣。
柯伊珀斯回憶說：“當我們正在研究的黑洞有壓力時，經過幾個月的努力，意識到方程式的神秘結果，真令人興奮！”
黑洞與引力波
這種壓力幾乎小得離譜，還不到地球標準氣壓的10^54倍，但它的確是存在的。他們還發現，壓力可以是正的，也可以是負的，這取決於黑洞附近特定的量子粒子混合。正壓力是讓氣球膨脹的那種壓力，而負壓力是你在繃緊的橡皮筋上感受到的張力。
他們的結果擴充套件了黑洞作為熱力學實體的概念，它不僅有溫度和熵，還有壓力。因為他們的工作只模擬了弱量子引力而忽略了強量子引力，所以不能完全解釋黑洞的行為，但這是重要的一步。