黑洞与奇点（英文）

黑洞可以说是引力最极端的体现,其视界内是个连光也逃不出去的时空区域。近来黑洞在天文观测方面取得令人惊讶的发展,这其中包括:黑洞碰撞的引力波探测以及M87星系的超大质量黑洞的所谓第一张黑洞照片。但是在理论的层面上,黑洞物理尚有许多未解之谜。其中,信息遗失的悖论是最有名的。但是,有另一个问题至少和信息的丢失一样–甚至更加–令人费解的,就是黑洞内部的奇点性质。时空奇点是广义相对论本身无法描述的,在那里究竟发生什么事?黑洞内部的奇点和宇宙大爆炸时的奇点有何不同?奇点是否会裸露在黑洞外面?所谓"宇宙监督猜想"的假设目前有何进展?我们在这篇半科普的文章中简单的介绍这些课题,希望本文章对物理和数学的本科生有所帮助。     

黑洞与奇点

黑洞可以说是引力最极端的体现,其视界内是个连光也逃不出去的时空区域。近来黑洞在天 文观测方面取得令人惊讶的发展,这其中包括：黑洞碰撞的引力波探测以及M87 星系的超大质量 黑洞的所谓第一张黑洞照片。但是在理论的层面上,黑洞物理尚有许多未解之谜。其中,信息遗失 的悖论是最有名的。但是,有另一个问题至少和信息的丢失一样{甚至更加{令人费解的,就是黑洞 内部的奇点性质。时空奇点是广义相对论本身无法描述的,在那里究竟发生什么事？黑洞内部的奇 点和宇宙大爆炸时的奇点有何不同？奇点是否会裸露在黑洞外面？所谓“宇宙监督猜想”的假设目 前有何进展？我们在这篇半科普的文章中简单的介绍这些课题,希望本文章对物理和数学的本科生 有所帮助。     

落入黑洞的宇航员死亡之谜

正如果一位宇航员落入黑洞中(见图1),当然必死无疑。问题是因何死亡的?有关的信息能否传递出来?对此问题,物理学的两大支柱——量子力学和广义相对论存在着相悖的答案。一般会认为:一开始,这个宇航员不会有什么特别的感觉,甚至当他通过黑洞的视界(理论上围绕黑洞的一个界面,视界以内就连光线也不能逃逸出来)时也是如此。但是经过一段时间后,由于引力与距离的平方成反比,他将逐     

利用子域全息复杂度探测约化保真率性质

正20世纪70年代,贝肯斯坦与霍金发现黑洞熵正比于黑洞视界面积,这促使Susskind和t'Hooft提出了量子引力的一个一般性原理:一个引力系统的全部信息储存在其更低一维的表面,即全息原理。1997年,Maldacena从弦理论出发提出的反德西特     

Kerr 时空黑洞熵和测不准关系

通过应用在量子引力中、由广义测不准关系得出的新的态密度方程,直接求解轴对称Kerr黑洞背景下Bose场和Fermi场的配分函数.然后,在黑洞视界附近计算黑洞背景下Bose场和Fermi场的熵.在所得结论中不存在用brick wall模型计算黑洞熵时出现的发散项,也不存在紫外因子.得到黑洞熵与视界面积成正比的结论.     

黑洞内部是什么?——正则量子引力的新视角

我们在最新的一份研究工作中找到了带有分层不均匀特征动态塌缩星内部时空度规的一般形式,结合爱因斯坦场方程,该度规告诉我们构成黑洞的物质很可能在视界内经历着反复的收缩—收缩过头—反向膨胀到极大—再收缩—再过头的呼吸运动。我们同时在广义相对论和正则量子引力的水平上,提供了这种过零点"呼吸"运动可能恰好具有exp(A/l_(pl)~2)种可能本征态的数值证据,此处A为视界面积,从而为史瓦西奇点的消解、黑洞熵的微观解释以及信息丢失疑难的解决提供了一条新思路。本文是对这一技术性研究工作所揭示物理图像的中文版介绍,并添加了跟弦理论、圈量子引力图像的对比以及关于其可证伪性的讨论。     

黑洞温度的奇异特性—量子温度

从经典理论看来，黑洞温度只能是绝对零度．只有考虑了黑洞的量子效应之后，黑洞才具有以视界引力加速度所标志的确定温度值．本文讨论了黑洞温度的这一奇异特性．     

从霍金的新思想看物理学中的联系与反联系规律

 一按照爱因斯坦广义相对论的理论,宇宙间存在着一个巨大的暗天体,1969年,美国物理学家约翰·惠勒称这种暗天体为“黑洞”,意思是“引力完全坍缩物体”。经典物理认为,黑洞有一个封闭的视界面,即黑洞的边界。外来的物质能够进入视界,而视界内的任何物质均不能逃出视界。黑洞只能吸收,不能发射,因而是漆黑一团。对于这种观点,历来没有人怀疑。1974年,英国坐在轮椅上的青年物理学家史蒂芬·霍金(1942～)对上述关于黑洞的经典理论提出了挑战,发表了关于黑洞辐射的著名论文,在物理学界引起震动。     

黑洞的吸积过程

 黑洞是由一个被称为视界的闭合边界所规定的时空区域.这个区域内的引力场是如此之强,以至于没有任何物质能从中逃逸,连光也不例外.也就是说,外部观测者不可能获得视界以内的任何信息.这使得黑洞成为宇宙中最神秘的天体.     

圈量子引力追踪黑洞演化

<正>黑洞是用多种方法观察到的数量众多的奇异天体。我们看到物质落入黑洞,但是不知道物质到达黑洞中心时发生了什么。宾夕法尼亚州立大学Abhay Ashtekar和Javier Olmedo以及路易斯安那州立大学Parampreet Singh指出,圈量子引力——对引力进行量子力学描述的一种理论——预言时空继续穿过黑洞的中心,进入一个未来新区域,该区域具有白洞内部的几何结构。白洞是黑洞的时间反     

经典黑洞与现代黑洞视界都是2GM/c~2吗

所谓黑洞并不是引力场缩后形成的超高密度天体，而是指塌缩天体所缩入的半径为Ｒｇ的特殊的空间区域──包括光在内的任何物体或信号都不能脱离的区域．黑洞的界面叫视界，视界标志一个质量为Ｍ地塌缩天体为外界“看”见，所需占据的区域的最小值． 黑洞的概念，最早是由拉普拉斯的讨论引出的．拉普拉斯由逃逸公式，令ｖ＝光速ｃ．则得视界Ｒ为而自广义相对论提出以后，人们得到了质量为球对称分布，静止不转动，不带电荷的施瓦西黑洞的视界为于是发现施瓦西黑洞的视界与拉普拉斯黑洞的视界竟然一致． 以上是现行教科书，文章中常见的论述（…     

用圈量子引力解除Schwarichild-de Sitter黑洞的时空奇点

通过引入圈量子引力中holonomy基本变量的类比变量和采用相应的量子化方法,对Schwarichild-de Sitter黑洞中心附近的引力场进行量子化.分析和计算了黑洞中心附近的1r和曲率标量的谱分布,得到了它们均存在有限上界的结果.通过求解经典时空奇点r=0附近的量子哈密顿约束方程,给出了黑洞波函数在黑洞中心附近的时间演化行为,得到了该波函数可以通过经典奇点进行量子演化的结果.     

对Reissner-Nordstr?m-anti-de Sitter黑洞Hawking隧穿辐射的研究

在考虑粒子间的自引力相互作用后, 首先采用Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法对带电粒子与不带电粒子在Reissner-Nordstrm-anti-de Sitter黑洞视界处的隧穿辐射特征进行了研究. 其次, 推广复路径方法对该黑洞的辐射谱进行研究. 两种方法所得的结果都支持Parikh-Wilczek的观点, 即黑洞的隧穿率Bekenstein-Hawking熵变有关, 真实的辐射谱不是纯热谱. 关键词： 带电黑洞 隧穿率 自引力修正 复路径法     

应该界定黑洞的“最大半径”和“最小半径”

 有关黑洞的习题在近几年的复习资料中经常出现,通过题中给出的一些有关物理量来估算黑洞的“最大半径”。那么什么是黑洞?一颗内部燃烧尽了的大质量恒星由于自身的引力作用,外壳不断向中心坍塌缩小,最后就会形成致密的黑洞。黑洞是宇宙中的实体微粒,它们的体积趋向于零,而密度几乎是无穷大,由于具有强大的引力,物体只要靠近这个微粒,就会被强大的引力吸入,连光也不能幸免。也就是说,没有任何信号能够从黑洞的作用范围内传出,人类无法看到里面的情形---对于观测者来说,那就是漆黑一片---这也是黑洞名字的由来。既然如此,那么衡量黑洞的大小只能用其作用范围(即“视界”)的“半径”来表示。     

Sen黑洞熵与能斯特定理

避开求解黑洞背景下波动方程的困难,应用量子统计方法,直接求解轴对称Sen黑洞背景下Bose场和Fermi场的配分函数.然后利用改进的 brick-wall 方法-膜模型,计算黑洞背景下Bose场和Fermi场的熵.得到黑洞熵不但与黑洞的外视界面积有关，而且也是内视界面积的函数.在所得结论中不存在对数发散项与舍去项,也不存在黑洞视界外标量场或Dirac场为什么是黑洞熵疑难,并且给出粒子的自旋简并度对黑洞熵的影响. 当黑洞的辐射温度趋于绝对零度时,由黑洞内外视界面积决定的黑洞熵也趋于零,它满足能斯特定理,可视 关键词： 膜模型 黑洞熵 能斯特定理     

动态Dilaton-Maxwell黑洞的广义Stefan-Boltzmann定律

利用动态Dilaton-Maxwell黑洞视界面附近的熵密度,导出黑洞的瞬时辐射流量,得到了任一时刻黑洞沿某一方向的瞬时辐射流量总是正比于在该方向上黑洞事件视界温度的四次方的结论. 导出的广义Stefan-Boltzmann系数不再是一个恒量,而是一个与黑洞视界面附近的时空度规、黑洞视界的变化率及黑洞的吸收与辐射系数有关的动比例系数.揭示了黑洞周围的引力场与其热辐射之间存在着必然的内在联系. 关键词： 熵密度 薄膜模型 瞬时辐射流量 广义Stefan-Boltzmann系数     

加速运动动态黑洞的瞬时辐出度

利用加速黑洞视界面附近的熵密度，导出黑洞的瞬时辐出度，得到了任一时刻黑洞沿某一方向的瞬时辐出度总是正比于在该方向上黑洞事件视界温度的四次方的结论. 导出的广义Stefan-Boltzmann系数不再是一个恒量，而是一个与黑洞视界的变化率、黑洞视界面附近的时空度规及黑洞的吸收与辐射系数有关的动比例系数. 揭示了黑洞周围的引力场与其热辐射之间存在着必然的内在联系. 关键词： 薄膜模型 瞬时辐出度 广义Stefan-Boltzmann系数     

轴对称黑洞的量子统计熵

避开了求解黑洞背景下波动方程的因难,应用量子统计方法,通过应用在量子引力中、由广义测不准关系得出的新态密度方程,直接求解轴对称Kerr黑洞背景下玻色场和费米场的配分函数.然后,在视界附近计算黑洞背景下玻色场和费米场的熵.得到用收敛级数表达的黑洞熵.在计算中不存在用brick wall模型计算黑洞熵时出现的发散项和小质量近似,使人们对非球对称时空中黑洞的统计熵有更深入的认识. 关键词： 量子统计 非球对称时空 广义测不准关系 黑洞熵     

黑洞--一个内涵丰富的物理学命题

黑洞既不象恒星，更不像行星，严格来讲它是宇宙空间的一个区域；这个区域的表面是一个封闭的球面，人们称之为“视界”。科学家们从理论上让黑洞与外界进行作用来探索它的内禀性质，从而获得了关于黑洞的一些见解。本文通过对黑洞概念的形成及其探测、黑洞的蒸发、熵和“无毛”定理等方面，来对黑洞作简要描述；并介绍了黑洞的对立物白洞的性质。     

Schwarzschild-de Sitter黑洞宇宙视界量子态的熵

采用由广义不确定关系得到的新的态密度方程 ,研究了Schwarzchild deSitter时空背景下黑洞宇宙视界的熵 .利用新的态密度方程 ,克服了用brick wall模型方法计算黑洞熵 ,在消除紫外发散需取截断的不完善之处 ,以此揭示了黑洞熵与其视界面积成正比这一内在联系 ,进一步表明黑洞熵是视界面处量子态的熵