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。     

奇点与奇点定理简介（上）

什么是奇点广义相对论中的奇点是一个重要的研究课题,它既是能量条件最早的应用之一,也是全局方法在广义相对论中初试锋芒的范例。我们在《能量条件简介》中曾经提到,广义相对论的经典解(比如施瓦西解)存在奇异性。其中有的奇异性(比如r=2m)可通过坐标变换予以消除,因而不代表物理上的奇点;而有的奇异性(比如r=0)则是真正的物理奇点。很明显,在奇点研究中,真正的物理奇点才是我们感兴趣的对象。那么究竟什么是广义相对论中真正的物理奇点(简称奇点)呢?这初看似乎是一个很简单的问题。奇点显然就是那些时空结构具有某种病态性质的时空点。但…     

奇点与奇点定理简介（下）

讨论 我们对奇点定理的介绍就要结束了。有些读者可能会提出这样一个问题：那就是我们证明霍金-彭罗斯（Hawking-Penrose）奇点定理所用的是排除法,即通过证明测地完备性与奇点定理的四个前提不相容,来排除测地完备性,从而确立奇点的存在。但是,当一组命题不相容时,究竟哪个（或哪几个）命题应该被排除,在逻辑上是有很大随意性的。因此从逻辑上讲,由上面介绍的不相容性,原则上可以通过排除不同的命题,而得到不同的定理。为什么我们偏偏要选择时空的测地完备性作为被排除的命题,从而得到霍金-彭罗斯奇点定理呢？     

奇点与奇点定理简介（中）

测地线束与共轭点 在雷查德利方程中，如果所考虑的测地线束局部正比于某个梯度场，或者说垂直于某个超曲面，则称该线束是超曲面垂直的。可以证明，对于这样的测地线束来说，     

时空奇点和黑洞——2020年诺贝尔物理学奖解读

2020年度诺贝尔物理学奖于北京时间2020年10月6日晚揭晓,其中一半奖金授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),表彰他“发现黑洞的形成是广义相对论的必然预言”;另一半奖金授予莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez),因为他们“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”。文章着重对彭罗斯及其时空奇点研究进行介绍,包括黑洞、奇点定理、宇宙监督假设等内容。     

声学消息（英文）

<正>To begin with,greetings from the Acoustical Society of America's(ASA's)Publications Office.By way of introduction,I am Dr.James Lynch,the current Editor-in-Chief of ASA's Publications,which includes The Journal of the Acoustical Society of America(JASA),its special section JASA Express Letters(JASA-EL),the Proceedings of Meetings on Acoustics(POMA)and Acoustics Today(AT).These four publications are supported by a skilled staff,both paid and volunteer,who make them run smoothly and efficiently,and ensure their quality and success.I would like to introduce each of these publications to you,in hopes     

黑洞及其在天体物理中的作用（下）

本文下篇介绍黑洞在天体物理中的作用及其观测证认情况，以类星体为代表的活动星系和Ｘ射线双星这两类典型高能天体的能源机制及各种基本特征，可以由黑洞吸积模型来成功地解释。     

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.     

黑洞及其在天体物理中的作用（上）

本文回顾了黑洞概念建立的历史，指出这一概念是广义相对论和量子力学联合应用于恒星晚期演化研究的结果，然后介绍了黑洞的主要物理性质及其最重要的两种类型，即Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞和Ｋｅｒｒ黑洞。     

2016年分类索引（英文）

正~~     

碳纳米管的径向变形与黏附（英文）

The van der Waals(vdW) interactions of carbon nanotube(CNT)–substrate and CNT–CNT can cause strong adhesion. The adhesion can lead to radial deformation of CNTs, which is shown in both experiments and theoretical analysis. A scaling approach is used to predict the mechanical properties, vdW adhesion, and the elastic deformation of CNTs. It is found that the indentation of CNT is proportional to R7/4 and h3/2 in nanotube–substrate system and two same CNT system. Here, R and h are the radius and the wall thickness of CNT, respectively. The indentation ratio H1/H2 for CNT–CNT is proportional to(R1/R2)3/2 and(h2/h1)3/2.     

非全息衍射投影（英文）

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统,利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱,再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程,解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统,对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正,获得了无相干噪音的高品质衍射图像,实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800 mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像,从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.     

纳米材料的螺旋生长（英文）

因其独特的结构特点,纳米材料的螺旋生长一直备受关注。在本综述中,主要采用分子动力学方法来模拟指定材料间的相互作用。模拟结果证明,石墨烯纳米带能够自发螺旋嵌入碳纳米管,亦能螺旋缠绕在碳纳米管外壁,而这一结果已被实验证实。同时,封闭的石墨烯纳米环可填充到碳纳米管空腔中形成类似DNA的双螺旋结构,亦能螺旋塌陷在碳纳米管外壁形成大螺距双层螺旋结构。模拟发现,石墨烯纳米带与石墨烯纳米环均可螺旋缠绕在金属纳米线外壁形成碳-金属壳核结构,这一机理可用于制备壳核复合结构。另外,我们论述了硅纳米粒子在碳纳米锥与碳纳米管表面的螺旋形核机制。通过相互作用机制和热力学模型的建立来进一步研究纳米材料的螺旋生长。据推断,螺旋结构具有最低的能量且具有最高的空间利用率。同时,实验证明,极性面以及螺旋位错的存在也可驱动晶体结晶过程中的螺旋生长。到目前,尽管涉及纳米材料螺旋生长的研究非常广泛,但还需要更详实的后续研究来解释螺旋生长的作用机制。     

非全息衍射投影（英文）

提出了一种无需全息计算和相干照明的衍射投影方法和投影系统,利用非相干的准直LED光源和傅里叶变换透镜取代全息迭代计算获得被投影图像的空间频谱,再利用空间频谱在自由空间中的瑞利索墨菲衍射实现了小投射比、无限景深的图像投影.详细推导了投影方法的成像过程,解析了投影系统的强度脉冲响应函数.实验搭建了一套非全息衍射投影系统,对投影过程中产生的像差和亮度不均匀进行矫正,获得了无相干噪音的高品质衍射图像,实现了投射比为0.87的无限景深的衍射投影.在相距大于800mm的不同深度平面上同时获得了清晰的投影图像,从而验证了方法的可行性.该投影方法和系统在球幕投影、任意曲面屏幕投影和增强现实投影等领域具有潜在的应用.     

微生物电解池制氢研究进展（英文）

微生物电解池(MECs)是一种以微生物为电解制氢电池的阴极或阳极催化剂,将有机物间接转化为氢气的新型高效节能制氢技术.此类可再生制氢技术的开发,仍面临如何提高制氢速率、降低能耗以及成本等方面的挑战.本综述着重介绍MECs制氢的最新研究进展,首先扼要介绍了MECs技术制氢的工作原理和反应机理,总结并讨论了近几年电极材料、以及用于制氢的代表性电催化剂的研究进展,并且总结了不同有机物基底对MECs制氢性能的影响,最后提出了MECs制氢技术研究面临的几个关键挑战,展望提高MECs制氢性能的潜在方法.     

贝利相与非线性输运（英文）

电子输运现象包含一系列很重要的材料性质,并可以用来提供关于载体物理系统的很多信息。在最近的二三十年,人们逐渐认识到除了电子能谱之外,电子在布里渊区的几何性质,比如贝利曲率和轨道磁矩,会在电子输运中起到关键性的作用。在线性输运现象中的此种关联已引起广泛的兴趣并得到深人的研究。然而,在非线性输运现象中的电子几何性质的作用的研究最近才逐渐起步。此种关联可以大大加深对各种非线性输运现象的认识,并对如何从材料控制上调节非线性现象的强度提供有价值的研究视角和指导原则。基于此背景,本文试图引入研究输运现象的半经典理论框架,并在几种输运现象中举例说明贝利相的作用。     

2016年作者索引（英文）

正~~     

宽带镀金正弦光栅（英文）

为了满足强激光系统中大尺寸镀金光栅对糟深均匀性的要求,采用梯形光栅-涂胶-离子束溅射镀膜和全息光刻-离子束溅射镀膜两种方法,分别制作了线密度为1 740线/mm,槽深为210nm的宽带镀金正弦光栅.测得其TM波、-1级自准值平均衍射效率在750~850nm范围内大于87%,最高可达90%.这两种方法易控制光栅槽深,去掉光刻胶后基底可继续使用,且制作的光栅的衍射效率和带宽能满足国内一般宽带镀金脉冲压缩光栅的使用要求.     

（2+1）维动态黑洞的量子熵

在Tortoise坐标系中，利用brick-wall模型研究了来源于标量场的(2+1)维动态黑洞的量子熵.结果表明，在视界附近的薄区域内标量场的熵与黑洞熵有相同结构.特别是在静态情况下，量子熵满足熵的周长律. 关键词： 标量场 brick-wall模型 (2+1)维动态黑洞 量子熵     

近红外光谱模型传递研究（英文）

针对不同型号的近红外光谱仪器(主机:SupNIR-2700,从机:Nicolet AntarisⅡ)间的模型传递和同一仪器(Nicolet AntarisⅡ)不同分辨率的光谱间的模型传递进行研究,提出了一种改进的PDS算法-SPSG1st-PDS算法,该方法结合三次样条插值、Savitaky-Golay一阶求导和PDS算法。思路是通过三次样条插值拟在不破坏原始光谱固有的信息的前提下实现了主光谱与从光谱之间的匹配,然后对光谱进行S-G一阶求导去除光谱的基线漂移,再通过PDS算法进行模型传递,有效消除主、从光谱之间的差异,提高多元校正模型的预测精度。该方法用于醋酸乙烯酯在乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中含量的研究,并且与小波去噪方法和S-G平滑方法作比较。实验表明:对于不同型号的仪器间的模型传递,新方法采用S-G一阶求导较其他方法有明显的优势,其验证集预测精密度RMSEP从20.595 0降低至0.374 8,明显优于S-G平滑(0.522 1)和小波去噪(0.516 7)方法,预测偏差也同样地被改善。对于同一仪器不同分辨率的光谱之间的模型传递,在模型传递前后其模型预测精密度RMSEP从0.272 2减少至0.255 3。通过提出的SP-SG1st-PDS算法,模型传递能应用于不同类型仪器之间,也能用于相同仪器不同分辨率的光谱之间,并且取得了满意的传递结果。