为什么在霍金粒子对中，只有负能量粒子会穿过视界？

你可能指的是霍金辐射的流行解释，即虚拟粒子对分离，其中一个作为辐射飞走，另一个进入黑洞。你能做的最好的事情就是打开霍金的实际论文《黑洞创造粒子》(1975)，你会发现这个流行的描述是一个谎言，一个童话，一个启发式，最好是霍金自己警告不要把它当真。

实际的机制是在量子场论的框架下描述的经典弯曲时空背景下的广义相对论。具有视界的黑洞的形成改变了时空的几何形状，因此量子场的基础必须改变。在旧的几何结构中，时空的真空状态可以用波哥留波夫变换在新的基底中表示，这表明在新的基底中，旧的状态不再是真空，所以它必须包含粒子。这些粒子是霍金辐射。他指出它们形成了向外的能量流。虽然不可能制定一个明确的局部能量公式(整个现象非本地)可以找到通量通过一定范围的能量足够大的半径,然后使用节能想法得出一个球体的半径较低的总流必须相同,所以最终黑洞必须失去能量。这到底是如何发生的还不清楚，霍金在这一点上非常模糊，它不能用单个粒子来描述。

作为一个不能从字面上理解的大简化，霍金谈到了通过量子隧穿穿过视界进入黑洞内部的黑洞外的虚拟粒子。真实粒子在QFT中始终具有正能量。所以这个过程不会产生真正的负能量粒子。然而虚拟粒子可以有负能量,当隧道在地平线它到达一个区域半径和时间维度交换他们的角色(你可以看到他们是如何交换史瓦西度规的迹象,和信号指标是时间维度从空间维度)区别。黑洞中的时空是扭曲的，半径会像时间一样运动，物体只能向半径更小的方向运动，不能停下来，就像我们下周一运动，不能在时间中停下来一样。可以说在黑洞内部时间指向其中心的奇点。时间方向上的改变导致了对粒子的不同看法。在量子ft中，粒子用波来描述，它们的能量在时间上与波的频率相对应。所以当这样的波穿过视界时，当我们通过它在时间轴上的频率来评估它的能量时，我们发现它是负的，它在半径上的频率，就像黑洞里的时间一样，可能是正的。所以在黑洞内部，这个粒子可以被认为具有正能量，所以它可以“变成”真实的。虽然这种启发式的描述有一定的逻辑，但正如霍金自己警告的那样，它并不是一个真正的解释。

但即使是这种不解释对一般观众来说也太困难了，所以关于粒子对分离的更简单、更错误的“解释”诞生了。这对不会问太多问题的外行人来说很简单，但它只不过是一个童话而已。它不仅和实际的机制几乎没有任何关系，甚至在它自己的逻辑中也不工作，正如你的问题正确地说明的那样。你不应该认为这就是霍金辐射的真正含义。更多信息:霍金辐射不是在黑洞视界产生的。