《相对论、宇宙与时空》连载⑦——相对论预言的天体(黑洞)(上)

地球上真有一个叫"黑洞"的地方,在印度的加尔各答.那是一栋建筑内的一间石砌的囚室,英国殖民者用来关押犯人,通常可以关押3～4人.1757年围绕这栋建筑发生了一场可怕的战斗.武装的印度民众与英军进行了血战.战斗结束后,死伤惨重的胜利者愤怒地把146名战败者塞进了这间囚室,关押了10个小时.第二天早晨,只有23名俘虏从"黑洞"中活着出来[1,2].     

霍金（Hawking．Stephen William，1942-）英国物理学家（Physicist,England）

霍金在剑桥大学获得博士学位，研究的是宇宙论中最深奥的问题。他将相对论和量子论结合在一起，提出了有关黑洞这一发生着引力坍缩现象的奇特天体的理论。他提出了两条有趣的、但仍有待于观测事实验证的看法（有关黑洞的一切看法都是如此）：第一，在宇宙大爆炸发生之际，各种质量的黑洞都是有可能生成的；因此，宇宙空间里目前仍可能存在着“微型黑洞”。第二，由量子力学可知，黑洞是可以“挥发”掉的：质量越小，“挥发”速度越高。伴随这一过程有伽玛射线产生，它可暴露出黑洞的身份。     

经典Kerr黑洞和量子Kerr黑洞系统的微正则系综理论描述与统计“自举”条件

分别从Kerr黑洞的经典谱和量子谱出发，建立了一个居于微正则系综理论描述的系统态密度 的不等式，并由此证明了Kerr黑洞满足统计“自举(bootstrap)”条件.其主要结论是对于由 大量Kerr黑洞组成的体系，在高能极限下，最可能的构型是一个黑洞将获得系统所有的质量 和全部的角动量，而且转动不会破坏黑洞的“自举”性质. 关键词： Kerr黑洞 统计“自举”问题     

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。     

你相信有黑洞吗——从理论探讨和个别观测事例质疑黑洞的存在

“黑洞（Black Hole）”这个名词是美国物理学家John Wheeler在1968年发表的一篇文章中提出来的．他不愿意用“引力坍缩物体（Gravity Collapsed Objects）”这样的名词，希望创造一个较简洁、概括性好的词汇，他认为“黑洞”一词响亮、有号召力．     

罗伯特*奥本海默--美国原子弹之父

奥本海默是世界名的理论物理学家，他在量子力学、黑洞理论方面作出过开创性的贡献，他对20世纪30年代美国物理学的迅速崛起起了重要的作用；他成功地领导了美国第一颗原子弹的研制工作，但后来却竭力阻止氢弹的研制并导致了名的“奥本海默案件”，由此揭示了科学家“荣誉与道德”之间的心灵冲突，本对此作了介绍。     

Brans-Dicke理论中静态球对称引力场的de Broglie-Bohm量子化

将量子力学的deBroglieBohm(dBB)解释引入BransDicke(BD)理论中.在小超空间近似下,求出了Brans类型1量子黑洞的波函数.利用dBB解释求得Brans类型1的量子轨迹和量子势.在量子黑洞背景几何上,研究了径向光的行为.发现Brans类型1量子化后的黑洞“温度”是奇异的.另外,由于BD引力理论在BD参数ω趋于无穷大时应与广义相对论等价,因而Schwarzschild黑洞在dBB量子化后“温度”也是奇异的.这似乎意味着dBB量子化不能应用于黑洞. 关键词： deBroglie-Bohm解释 Brans-Dicke引力理论 量子轨迹 小超空间近似     

黑洞质量被严重低估

天文学家在窥视银河系附近的一个最大星系的“心脏”时发现,位于其中心的黑洞的质量是之前预测的两到三倍,这也使它成为迄今为止在附近的宇宙中发现的最大黑洞。天文学家在2009年6月8日于加利福尼亚州帕萨迪纳市召开的美国天文学学会半年会上报告了这一发现。它意味着研究人员一直严重低估了附近宇宙中的黑洞质量。     

美国“钱德拉”望远镜发现最遥远X射线流

天文学家从美国宇航局“钱德拉”X射线观测望远镜拍摄的类星体照片上 ,发现了最遥远的X射线流 ,从超巨黑洞到类星体中心延伸达 1 0万多光年的由高能粒子组成的这一射流 ,为天文学家提供了有关 1 2 0亿年前宇宙微波背景状态的信息。它能研究大爆炸后经过 1 4亿年的宇宙辐射 ,而此前最遥远的X射线流是在大爆炸后 30亿年左右。天文学家认为 ,类星体是拥有活跃中心超巨黑洞的星系 ,恒星与气体都被吸入这黑洞 ,这一吸入过程经常伴随有强烈高能粒子流的形成。当射线流中的电子以接近光速的速度离开类星体时 ,电子会穿透宇宙背景辐射“海洋” ,宇…     

广义热力学第二定律

自从贝肯斯坦在1973年从经典广义相对论的角度引入黑洞墙的概念并指出、黑洞服从与热力学定律形式上类似的定律之后①,黑洞热力学就成为人们日益关注的课题。它的重要性在于:如果这个类似不仅是形式上的而且是实质性的,那么黑洞热力学不外就是普通热力学用于一个“自引力系统”的结果。这个结论将使我们对自然界的认识大大深化,使原来以为毫无联系的学科紧密联系起来,使许多物理学家的信念──自然界的任何过程都服从热力学定律──得到进一步证实。黑洞热力学的一个重要部分是广义热力学第二定律,其内容是“自然界的广义肉不能减少”。所谓…     

银河系中心存在超大黑洞天文学家又有新证据

在我们生活的银河系中心位置，藏匿着一个人肉眼无法看见的“超级黑洞”：它的直径与地球相当，质量却至少是太阳的40万倍．它“吞噬”周围的所有物质，连光也无法逃逸出去．利用国际最先进的地面望远镜阵列，上海科学家领导的一个国际小组成功拍摄到了迄今为止最接近该黑洞的“射电照片”．     

黑洞及其研究简况

 1939年美国科学家奥本海默和佘德尔从广义相对论出发提出具体黑洞的概念,从而翻开了人类对天体研究的新的一页。短短几十年,黑洞一直成为天体物理学家研究和讨论的热点,形成了黑洞物理学。一、经典黑洞从1915年爱因斯坦广义相对论的建立而预言黑洞存在,许多科学家对其展开了研究,并认为它是由天体坍缩形成的超致密的区域(包括光在内的任何物质都不能从该区域逃逸)。根据黑洞的不同特性将黑洞分成各种不同类型。根据质量不同将其分为小型黑洞、中型黑洞、巨大黑洞。所谓巨大黑洞是指质量超过太阳质量的100万倍以上的黑洞,它在黑洞的研究中占有重要的地位,一度认为黑洞事件视界直径与黑洞质量成正比。     

“消化不良”的黑洞

 天龙座一个巨大黑洞捕获的恒星超出了自己的吞噬能力。2011 年3 月25 日美国宇航局的雨燕卫星发现了一束X 闪光。一个39亿光年外的黑洞撕碎了一颗路过的恒星,在被黑洞完全吞噬之前,摩擦和引力作用炙烤恒星残骸,发出灼热光线。
最近天文学家发表报告,X 射线数据和射电观测都表明,闪光源自黑洞边界射出的狭窄物质喷流。其他黑洞也有类似的喷流,但这是天文学家首次目睹产生的全过程。天龙座的这个黑洞位于该遥远星系的中心,与银河系中心的400 万个太阳质量黑洞大小相同。尽管我们银河系的这些黑洞目前都保持安静, 但该发现说明一颗运行无规则的恒星还是可能遭遇黑洞产生这种耀目的奇观。     

能看清黑洞细节的太空射电望远镜

 能看清黑洞细节的太空射电望远镜俄罗斯科学家试图揭开遥远太空天体---黑洞最神秘的面纱,他们建造了一架能观看到宇宙最深处的射电望远镜。众所周知,黑洞是宇宙中最残忍和最无情的“杀人者”,无论是行星还是恒星在黑洞面前都没有生路。黑洞惊人的吸引力即使是太阳光也无法抗拒,黑洞就像飓风,它会将整个世界吸入风洞中。关于这毁灭性的威胁暂时很少有人知道,因为谁也没有见到过黑洞,但是俄罗斯科学家找到一种能看到黑洞的方法,准备发射一架太空射电望远镜。它将比现有的望远镜敏锐几千倍。俄罗斯科学院院士尼古拉·卡尔达绍夫指出,“这架太空射电望远镜甚至可以看清黑洞的细节,它将能使我们发现宇宙新的物理规律。     

反德西特黑洞的相变及其微观结构

正自从广义相对论建立之后,黑洞一直是理论物理研究和天文观测的焦点。从经典的角度来看,黑洞的引力之强,使得没有什么粒子,甚至光子,能够逃离它。然而在考虑了弯曲时空中的量子场论后,先驱Hawking和Bekenstein等人指出黑洞系统具有温度和熵,于是黑洞这一强引力系统便被映射到了一个热力学系统。随后,黑洞系统的四大热力学定律也被建立起来了。另一方面,黑洞的温度和熵都依赖于万有引力常数和普朗克常数,这一性质说明黑洞的热力学与     

《相对论、宇宙与时空》连载⑧——相对论预言的天体(黑洞)(下)

5 黑洞热力学 人们认为激发态的黑洞具有生命力,而基态的黑洞则是一颗死亡的星,是恒星演化的最后归宿.基态的史瓦西黑洞除去能不断吞食物质外,不会再有任何物理过程.然而,这个认识很快就被推翻了,基态的黑洞,实际上也是一颗充满生命力的活跃的星.我们先看一下黑洞的"无毛定理"和"面积定理"[3-14].     

黑洞果真无毛吗

 黑洞是现代天文学中最诱人的发现之一,其含义极具魔力。它是宇宙中看不到的恒星,它起初被认为是封闭的世界,人们几乎无法探测它是无底深渊,几乎能吞噬一切所有近旁的物质,包括光子在内,当然我们就看不见这一天体了,剩下的乃是一个绝对“黑”的恒星了,因此称为黑洞。黑洞如此奇特,目前已成为许多神话作品和科幻小说的主题。广义相对论中通常将只有质量的黑洞称之为施瓦西黑洞将既具有质量又兼有电荷的黑洞称之为里斯纳-诺兹特隆黑洞将有质量且同时还在施转(即具有角动量)的黑洞称之为克尔黑洞将质量、电荷和角动量三个特征全有的黑洞称之为克尔-纽曼黑洞。     

量子史瓦茨黑洞和暗物质

引入Sommerfeld作用量量子化条件来处理Schwarzschild黑洞的量子化问题. 发现此类量子化黑洞存在一个质量为m_G=123m_p的基态，处于基态的量子Schwarzschild黑洞不再存在Hawking蒸发和任何其他辐射，可名之曰暗星. 它的存在不仅可以解决信息丢失的疑难，而且极可能是构成暗物质的主要候选者. 关键词： 量子史瓦茨黑洞 暗物质     

声学黑洞简介

介绍了一种引力黑洞的类比模型———声黑洞.从几何声学和物理声学两方面对其类比原理进行了分析,介绍了声黑洞的定义及其结构参数.回顾了在声黑洞的研究历程中所取得的重要进展,分析指出声黑洞的研究目前存在的理论和实验上的困难,并对未来的研究进行了展望.     

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