正文 第三十七章 黑洞
林初音解释道：
“定义一：一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界。譬如，发生在黑洞里的事件不会被黑洞外的人所观察到，因此我们可以称黑洞的界面为一个视界。定义二：黑洞的边界称为视界。”
“对于经典黑洞而言，黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部，而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界或是反射，因此又称视界为单向膜。”
“视界并不是物质面，它表示外部观测者从物理意义上看，除了能知它（指视界）所包含的总质量c总电荷等基本参量外，其他一无所知。”
“原来是这样的啊。”简凝碧点了点头。
朱静萍道：“早期的黑洞研究主要依赖于求得爱因斯坦场方程的精确解。
而后来的研究通过全局几何揭示了更多的关于黑洞的普适性质：研究表明经过一段相当长的时间后黑洞都逐渐演化为一类相当简单的可用十一个参数来确定的星体，包括能量c动量c角动量c某一时刻的位置和所带电荷。
这一性质可归纳为黑洞的唯一性定理：“黑洞没有毛发”，即黑洞没有像人类的不同发型那样的不同标记。例如，星体经过引力坍缩形成黑洞的过程非常复杂，但最终形成的黑洞的属性却相当简单。
更值得一提的是黑洞研究已经得到了一组制约黑洞行为的一般性定律，这个定律被称作黑洞（热）力学，这些定律与热力学定律有很强的类比关系。
例如根据黑洞力学的第二定律，一个黑洞的视界面积永不会自发地随着时间而减少，这类似于一个热力学系统的熵；
这个定律也决定了通过经典方法（例如，彭罗斯过程）不可能从一个旋转黑洞中无限度地抽取能量。
这些都强烈暗示了黑洞力学定律实际是热力学定律的一个子集，而黑洞的表面积和它的熵成正比。从这个假设可以进一步修正黑洞力学定律。
例如，由于黑洞力学第二定律是热力学第二定律的一部分，则可知黑洞的表面积也有可能减小，只要有某种其它过程来保证系统的总熵是增加的。
而热力学第三定律认为不存在温度为绝对零度的物体，可以进一步推知黑洞应该也存在热辐射；半经典理论计算表明它们确实存在有热辐射，在这个机制中黑洞的表面引力充当着普朗克黑体辐射定律中温度的角色，这种辐射称作霍金辐射（参见下文量子理论一节）。
广义相对论还预言了其他类型的视界模型：
在一个膨胀宇宙中，观察者可能会发现过去的某些区域不能被观测（所谓“粒子视界”），而未来的某些区域不能被影响（事件视界）。即使是在平直的闵可夫斯基时空中，当观察者处于一个加速的参考系时也会存在视界，这些视界也会伴随有半经典理论中的盎鲁辐射。”
“黑洞霍金辐射是理论物理学科的一个重要发现。它的出现是广义相对论c量子力学和热力学有机结合的产物。
经过30多年的研究，在理论上人们不再怀疑它的正确性，但是实验上至今尚没对这个理论给予验证。”
“幸运的是，在量子引力为tev能标的情况下，西欧核子研究中心（ce）的新一代大型强子对撞机lhc（r hadr一n llider）将能够平均每秒制造出一个微型黑洞。”
“这样的微型黑洞产生时几乎立即蒸发，它们的存在只有通过黑洞的霍金辐射在最后垂死爆发才能观察到。
这就为实验检验黑洞霍金辐射提供了一个新的可能性，进而使得对黑洞霍金辐射的研究再次成为理论物理研究的重点与热点问题。”
“嗯？这是不是说，我可以通过这种方式，制造黑洞出现？”周铭泽问道。
“或许可以。”朱静萍点头。
林初音双眼放光，道：“自从斯蒂芬霍金（stephen hakg）在1974年发现黑洞并不是完全黑而是可以从视界发射热辐射以来，在过去的四分之一多个世纪里，人们已经用许多不同的方法对各类黑洞的量子热性质进行了大量的研究。
但大多数研究黑洞霍金辐射的文献中，背景时空是固定不变的，没有考虑霍金辐射对背景时空的反作用。
在该近似下，黑洞霍金辐射谱为纯热谱，这导致了黑洞信息丢失疑难和量子论幺正性破缺。
为了准确描述黑洞量子热效应，必须考虑辐射粒子的自引力相互作用，把黑洞背景时空看作动态变量。
考虑到辐射粒子的自引力相互作用，2004年度诺贝尔物理学奖获得者弗兰克维尔切克（frank ilczek）和其合作者克罗斯（per kra），首先把黑洞霍金辐射看作是一种半经典的量子隧穿效应，得到了修正的霍金辐射谱。
接着，在此工作基础之上，弗兰克维尔切克（frank ilczek）和其合作者派瑞克（aulik kparikh），对该kra一ilczek量子隧穿方法进行了改进，在能量守恒的条件下，给出了支持
信息守恒和恢复量子论幺正性的一种虽然是半经典，但却是比较具体的计算。
后来，运用量子场论中的反常技术，弗兰克维尔切克（frank ilczek）和其合作者罗宾逊（sean pr一bn）通过研究手征对称理论的量子反常，再次成功对黑洞霍金辐射进行了研究。”
此刻，飞船剧烈震荡，众人只觉得，被什么吸住了。
整个飞船都不受控制向一个方向而去。
这里，果然是什么也没有能够逃出去。
光线到了这里，竟然也只是飞向里面。
“坏了，我们这次是要完了吗？”
“天啊，看来是真的遇到黑洞了吗？”
飞船内，众人心情极度害怕。
周铭泽试着将脑域磁场扩散，却发现，自己的脑域磁场根本就无法反馈回来信息。
“天啊，竟然连我的脑域磁场，也无法逃脱？”
众人，什么也看不到，但是却能够感觉到，有一巨大的质量物体，就在身侧。
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“定义一：一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界。譬如，发生在黑洞里的事件不会被黑洞外的人所观察到，因此我们可以称黑洞的界面为一个视界。定义二：黑洞的边界称为视界。”
“对于经典黑洞而言，黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部，而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界或是反射，因此又称视界为单向膜。”
“视界并不是物质面，它表示外部观测者从物理意义上看，除了能知它（指视界）所包含的总质量c总电荷等基本参量外，其他一无所知。”
“原来是这样的啊。”简凝碧点了点头。
朱静萍道：“早期的黑洞研究主要依赖于求得爱因斯坦场方程的精确解。
而后来的研究通过全局几何揭示了更多的关于黑洞的普适性质：研究表明经过一段相当长的时间后黑洞都逐渐演化为一类相当简单的可用十一个参数来确定的星体，包括能量c动量c角动量c某一时刻的位置和所带电荷。
这一性质可归纳为黑洞的唯一性定理：“黑洞没有毛发”，即黑洞没有像人类的不同发型那样的不同标记。例如，星体经过引力坍缩形成黑洞的过程非常复杂，但最终形成的黑洞的属性却相当简单。
更值得一提的是黑洞研究已经得到了一组制约黑洞行为的一般性定律，这个定律被称作黑洞（热）力学，这些定律与热力学定律有很强的类比关系。
例如根据黑洞力学的第二定律，一个黑洞的视界面积永不会自发地随着时间而减少，这类似于一个热力学系统的熵；
这个定律也决定了通过经典方法（例如，彭罗斯过程）不可能从一个旋转黑洞中无限度地抽取能量。
这些都强烈暗示了黑洞力学定律实际是热力学定律的一个子集，而黑洞的表面积和它的熵成正比。从这个假设可以进一步修正黑洞力学定律。
例如，由于黑洞力学第二定律是热力学第二定律的一部分，则可知黑洞的表面积也有可能减小，只要有某种其它过程来保证系统的总熵是增加的。
而热力学第三定律认为不存在温度为绝对零度的物体，可以进一步推知黑洞应该也存在热辐射；半经典理论计算表明它们确实存在有热辐射，在这个机制中黑洞的表面引力充当着普朗克黑体辐射定律中温度的角色，这种辐射称作霍金辐射（参见下文量子理论一节）。
广义相对论还预言了其他类型的视界模型：
在一个膨胀宇宙中，观察者可能会发现过去的某些区域不能被观测（所谓“粒子视界”），而未来的某些区域不能被影响（事件视界）。即使是在平直的闵可夫斯基时空中，当观察者处于一个加速的参考系时也会存在视界，这些视界也会伴随有半经典理论中的盎鲁辐射。”
“黑洞霍金辐射是理论物理学科的一个重要发现。它的出现是广义相对论c量子力学和热力学有机结合的产物。
经过30多年的研究，在理论上人们不再怀疑它的正确性，但是实验上至今尚没对这个理论给予验证。”
“幸运的是，在量子引力为tev能标的情况下，西欧核子研究中心（ce）的新一代大型强子对撞机lhc（r hadr一n llider）将能够平均每秒制造出一个微型黑洞。”
“这样的微型黑洞产生时几乎立即蒸发，它们的存在只有通过黑洞的霍金辐射在最后垂死爆发才能观察到。
这就为实验检验黑洞霍金辐射提供了一个新的可能性，进而使得对黑洞霍金辐射的研究再次成为理论物理研究的重点与热点问题。”
“嗯？这是不是说，我可以通过这种方式，制造黑洞出现？”周铭泽问道。
“或许可以。”朱静萍点头。
林初音双眼放光，道：“自从斯蒂芬霍金（stephen hakg）在1974年发现黑洞并不是完全黑而是可以从视界发射热辐射以来，在过去的四分之一多个世纪里，人们已经用许多不同的方法对各类黑洞的量子热性质进行了大量的研究。
但大多数研究黑洞霍金辐射的文献中，背景时空是固定不变的，没有考虑霍金辐射对背景时空的反作用。
在该近似下，黑洞霍金辐射谱为纯热谱，这导致了黑洞信息丢失疑难和量子论幺正性破缺。
为了准确描述黑洞量子热效应，必须考虑辐射粒子的自引力相互作用，把黑洞背景时空看作动态变量。
考虑到辐射粒子的自引力相互作用，2004年度诺贝尔物理学奖获得者弗兰克维尔切克（frank ilczek）和其合作者克罗斯（per kra），首先把黑洞霍金辐射看作是一种半经典的量子隧穿效应，得到了修正的霍金辐射谱。
接着，在此工作基础之上，弗兰克维尔切克（frank ilczek）和其合作者派瑞克（aulik kparikh），对该kra一ilczek量子隧穿方法进行了改进，在能量守恒的条件下，给出了支持
信息守恒和恢复量子论幺正性的一种虽然是半经典，但却是比较具体的计算。
后来，运用量子场论中的反常技术，弗兰克维尔切克（frank ilczek）和其合作者罗宾逊（sean pr一bn）通过研究手征对称理论的量子反常，再次成功对黑洞霍金辐射进行了研究。”
此刻，飞船剧烈震荡，众人只觉得，被什么吸住了。
整个飞船都不受控制向一个方向而去。
这里，果然是什么也没有能够逃出去。
光线到了这里，竟然也只是飞向里面。
“坏了，我们这次是要完了吗？”
“天啊，看来是真的遇到黑洞了吗？”
飞船内，众人心情极度害怕。
周铭泽试着将脑域磁场扩散，却发现，自己的脑域磁场根本就无法反馈回来信息。
“天啊，竟然连我的脑域磁场，也无法逃脱？”
众人，什么也看不到，但是却能够感觉到，有一巨大的质量物体，就在身侧。
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