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À la surface d'un trou noir, c'est-à-dire à son horizon, les rayons lumineux ne peuvent se croiser, sinon ils seraient absorbés par celui-ci. Cela veut dire que l'horizon d'un trou noir ne peut pas diminuer. Le fait que l'horizon ne décroisse pas rappelle le comportement de l'entropie (selon la théorie des corps noirs, c'est-à-dire des corps chauds : lorsqu'il y a entropie, il y a température et lorsqu'il y a température, il y a rayonnement et émission de particules.)
Cette idée d'évaporation de tous les types de trou noir fut trouvée dans les années 1970 par Stephen Hawking. Il fut persuadé de cette théorie lorsqu'il remarqua que le spectre des particules émises était le même que celui émis par les corps chauds. Donc, les trous noirs émettraient des particules de façon à ce que le second principe soit respecté. Mais comment un trou noir qui, par définition, absorbe tout ce qui est à sa portée, pourrait émettre des particules ?
La théorie quantique nous dit que les particules viennent d'un espace « vide » situé juste à l'extérieur du trou noir et non à l'intérieur de celui-ci. Cela implique que l'espace « vide » ne serait pas si vide que cela car, s'il l'était, tous les champs — à savoir électromagnétique ou gravitationnel — seraient nuls. Cependant, d'après le principe d'incertitude, on ne peut pas connaître précisément la valeur et le taux de variation dans le temps d'un champ (plus on en sait sur l'un, moins on en sait sur l'autre.) Alors il devrait y avoir une fluctuation quantique (quantité minimale d'incertitude) dans la valeur de ce champ. On peut assimiler ces variations à des paires de particules (de lumière et de gravité) qui peuvent s'annihiler. Ces particules sont dites virtuelles. Toujours d'après le principe d'incertitude, dans ce « vide » pourraient aussi exister des paires de particules/antiparticules virtuelles de matière (électrons, quarks) qui s'annihileraient aussi.
On dit aussi que cet espace « vide » est un état d'énergie minimum. Or l'énergie doit être produite par quelque chose. Comme la paire particule/antiparticule doit s'annuler, elles doivent avoir des énergies de signes contraires. Une particule qui aura perdu son partenaire (tombé dans le trou noir et devenu particule réelle ou antiparticule) pourra soit tomber dans le trou noir, soit fuir le trou noir si elle a une énergie positive, auquel cas, pour un observateur extérieur au trou noir, une particule aura été émise par celui-ci.
Le taux d'émission et la température apparente d'un trou noir seront d'autant plus intenses que la distance nécessaire, pour qu'une particule virtuelle d'énergie négative devienne positive, sera courte.
La radiation produite, qui a une énergie positive, sera compensée à l'intérieur d'un trou noir par un courant de particule d'énergie négative. Or d'après Einstein, l'énergie est proportionnelle à la masse (relation ). Donc il y a bien perte de masse.
Par ailleurs, plus le trou noir est « léger », plus la température est élevée. Ainsi, lorsqu'il perd de la masse, sa température (et donc l'émission de particules) augmente, ce qui implique qu'il perd de la masse encore plus vite. Que se passera-t-il lorsque le trou noir aura une masse très faible ? On peut imaginer que le trou noir s'éteindra en une « explosion finale de rayonnement » qui équivaudrait à celle de millions de bombes H.
Les trous noirs s'évaporent-ils tout le temps ? En fait, pour qu'un trou noir s'évapore et perde de la masse, il faut que sa température soit supérieure à celle du rayonnement centimétrique dans l'univers (2,7 K). Or, la température d'un trou noir de quelques masses solaires est de l'ordre du dix millionième de degrés ; ce qui est inférieur à 2,7 K. Puisque l'univers est voué à s'agrandir, si l'on admet la théorie d'un univers en expansion, la température du rayonnement centimétrique diminuera et deviendra inférieure (à un moment donné) à celle du trou noir. Il pourra alors perdre de la masse.
Depuis les années '70 on pensait que la présence d'un trou noir ne permettrait plus de préciser l'évolution future de cette région de l'espace, la matière, comme la lumière ou l'information étant à jamais prisonnières de la singularité. Mais suite aux récentes découvertes de Stephen Hawking (juillet 2004), un trou noir libérera finalement l'information qu'il détient. Son avenir reste donc prévisible et son évolution entièrement déterminée selon Hawking.
