關(guān)于黑洞

摘 要：黑洞是恒星能量消耗殆盡坍塌所導致的，黑洞研究對人類探索生命起源，天體的研究乃至一系列的問題上都有舉足輕重的地位，黑洞其實就是一個引力巨大且對周圍事物有著巨大影響的星體。對黑洞研究的時期分別為牛頓力學時期和相對論引力時期，在相對論引力之后黑洞熱力學形成之前，黑洞解的研究分類最早經(jīng)歷了石瓦西黑洞，然后經(jīng)歷了電荷黑洞，最后是復雜的克爾黑洞三個最主要的黑洞問題解，黑洞熱力學定律總結(jié)出的霍金黑洞輻射推翻了經(jīng)典黑洞理論，黑洞由只進不出變成了也會輻射能量的天體。黑洞最終會因為輻射能量質(zhì)量消失，這就是黑洞蒸發(fā)理論，黑洞的熵以及黑洞信息丟失疑難問題是完善黑洞理論必經(jīng)的過程，黑洞的研究對宇宙研究和人類起源一系列問題意義深遠，相信量子物理黑洞的突破必將給人們的未來社會帶來意義深遠的影響。

關(guān)鍵詞：黑洞輻射；信息丟失；量子遂穿；信息丟失

第1章 緒論

1 黑洞研究對物理學和社會的影響

宇宙源于一個奇點，黑洞的研究給了人們研究宇宙的的依據(jù)。我們能夠知道的宇宙生成10秒以后的事情，又因為核物理的原因我們知道了宇宙產(chǎn)生1秒之后的情況，由于宇宙早期產(chǎn)生條件在地球上并不具備，還有困難就是早期黑洞宇宙存在熱平衡，所有的物質(zhì)信息都消失了，所以人們無法研究宇宙的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)過來我們就要用一種間接的方法來研究宇宙的產(chǎn)生，我們都知道而是來源于大爆炸中，所以黑洞的研究對于宇宙形成之初的情況就能夠知曉了，宇宙中的小型黑洞非常多，而且有的正在“蒸發(fā)”，粒子劇烈運動最后爆炸，這樣就成了人類研究宇宙的實驗室.黑洞研究也為粒子理論帶來幫助，當今一大部分人認為物質(zhì)最基本的粒子組成共有六種，但有一些人不這么認為，他們說構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子不是只有六種而是由許多種基本粒子，宇宙中小型黑洞數(shù)目巨大，而爆炸威力非常巨大，產(chǎn)生的粒子我們能夠想象一定非常多，如果通過觀測小型黑洞檢驗粒子理論成為現(xiàn)實，這將會使粒子研究邁入一個更高的平臺。作者認為黑洞是人類探索生命的起源以及世界由來，對研究哲學和天體物理都是意義重大，未來人們的活動范圍不再局限于地球上，一些維持世界的基本定律在過程中不斷被否定、肯定，使不太健全的變得完善，使不正確的錯誤認知被摒棄。黑洞聽起來很遙遠，但黑洞所蘊含的東西卻與人們的生活有著千絲萬縷的關(guān)系，人類的認識不應該局限在已經(jīng)知道的事物，而應順應時代，這正體現(xiàn)了人類不屈不撓，勇于前行的精神。

2 國外對“黑洞輻射”的綜述

黑洞的一些列問題至今也沒有解決，但之后霍金的出現(xiàn)似乎可以解決黑洞的許多問題，霍金在前人的啟發(fā)下提出了“黑洞輻射”理論，黑洞并不是完全“黑的”，而是向外輻射能量，所有物質(zhì)信息都將被黑洞淹沒，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)量與能量守恒定律，黑洞在輻射能量的同時，質(zhì)量也在減少到最后黑洞消失掉量時，黑洞也就不存在了。但大多數(shù)對黑洞輻射背景都是在時空不變的情況下展開的，并沒有考慮時空的反作用力，在輻射能量，由于質(zhì)量減少而逐漸消失，伴隨黑洞消失的還有里面的信息，但信息應該被保存下來，但黑洞消失的同時信息也隨之消失，信息的存在于那里成了一個謎，這便是“黑洞駁論”。由于假說跟普通量子物理背道而馳，所以關(guān)于霍金輻射很多人持懷疑態(tài)度，根據(jù)信息守恒，信息是不可能憑空消失的，他并沒有說出其中的原因所以對于黑洞的信息不守恒，就必須要給出一個合理的解釋，此后霍金改正了自己的“黑洞輻射”錯誤理論，他的回答是：后來在黑洞內(nèi)消逝的訊息都被重新組合起來以一種不知道的形式釋放出來?？茖W家弗萊克.維爾切克和克羅斯陳霍金輻射看成一種量子遂穿效應，霍金輻射譜不再是簡單的能量譜，而是夾雜信息的輻射譜，關(guān)于黑洞輻射有一種說法被人們所認同，那是黑洞中出現(xiàn)了真空中的量子漲落，黑洞視界產(chǎn)生虛粒子對，在內(nèi)部的虛粒子對中，總的能量為零，負能量存在于黑洞內(nèi)，且只能夠存在其中，那么正粒子就會遠離黑洞如果要輻射能量粒子流只能通過量子隧道向外輻射正能粒子。黑洞作為一個非常有趣的特殊天體極具“內(nèi)涵”。在霍金的“黑洞輻射”依據(jù)下，我們就可以看到黑洞不僅僅有我們所熟知的普通物理的性質(zhì)，例如：力學性質(zhì)，也有非常規(guī)狀態(tài)下的量子和熱力學性質(zhì)，這幾個性質(zhì)讓我們看到了黑洞奇特的一面。有兩個科學家認為，他們認為霍金黑洞輻射其實是量子效應在作對，我們都知道每個物質(zhì)都有一定的勢壘，但此時勢壘并不是黑洞本身存在的，而是輻射粒子所帶來的，這就為經(jīng)典能量守恒在黑洞上找到了依據(jù)。黑洞理論可能會影響到量子物理的絕對地位，而且也對時間有了更深一層的定義。時間誕生和結(jié)束與奇點，宇宙必須誕生于一個奇點，但在奇點處，物理理論都將在奇點處失效，奇點是物理中存在和不存在的點，這是一個抽象的一個點，我們存在于這個世界上，但世界開始的時候，它必然經(jīng)歷了一個急速的過程，宇宙起始是一個點，一個非常抽象的點，在該點處保存著我們現(xiàn)實宇宙中所擁有的物質(zhì)欲能量，宇宙奇點在打破各種平衡下，爆炸中的能量不斷產(chǎn)生物質(zhì)，且空間逐漸變大，因為要保持能量的平衡，天體擁有友引力那么空間物質(zhì)的形成就要打破引力的束縛，很多年以后就形成了現(xiàn)在的宇宙能量共生體，時間有沒有終點和開始？一直都被人們所討論，那么黑洞的研究有何意義，它又將向什么方向發(fā)展呢？ 量子理論和愛因斯坦廣義相對論得出了霍金輻射。但霍金黑洞也有不足?；艚疠椛淦鋵嵕褪窍暮诙醋陨淼馁|(zhì)量，同時產(chǎn)生能量的過程質(zhì)量越小能量越高，隨著質(zhì)量的不斷消耗，霍金的黑洞輻射最終完成，這就完成了黑洞蒸發(fā)，但此時的物質(zhì)形態(tài)完全變化了，有輻射蒸發(fā)前的量子態(tài)再到后面的復雜物質(zhì)組成的形態(tài)。換句話說，假設(shè)物質(zhì)系統(tǒng)在落入黑洞前處于純的量子態(tài)，那么在黑洞完全蒸發(fā)之后，之前的這些純態(tài)將全部變成了混合態(tài)。在量子態(tài)中這種現(xiàn)象是非可逆的，所以這就造成了信息丟失問題，如果這個系統(tǒng)過程遵從可逆化，那么系統(tǒng)內(nèi)信息守恒，并不存在信息丟失問題，因此，霍金輻射的非可逆的演化過程將使得物質(zhì)信息不遵從守恒定律，霍金所提出的黑洞輻射理論雖然非常成功解釋了黑洞演化過程，但違反了經(jīng)典物理的諸多真理，如果這是真的那么經(jīng)典物理的地位岌岌可危，但他知道經(jīng)典物理是物理學的基石，所有理論都來源于它，它的地位和正確性不容置疑，這就要總結(jié)自己的理論缺失，所以霍金在2004年的相對論大會上糾正了自己的錯誤觀點，黑洞在其內(nèi)部變化中遵從物質(zhì)守恒的。但所有信息是怎樣被保存下來的又不得而知。但又有人假設(shè)如果半經(jīng)典的理論仍然有效，如果黑洞里的信息不丟失，那么愛因斯坦的等效原理、幺可逆性和量子場論中我們就必須三者選擇其中的兩個。這會是信息丟失讓人們更加重視這個問題，在我們先不考慮這個模型正確與否的前提下。信息可以穿過世界作用于外部。不過，客觀地說，黑洞信息丟失問題仍然是黑洞物理中沒有解決的問題，需要量子理論、信息論和引力理論等各個不同研究領(lǐng)域的研究者對其做出進一步的深入研究。但黑洞物理所遇到的瓶頸還沒有解決霍金黑洞模型其實是簡單量子理論和廣義相對論結(jié)合的簡單產(chǎn)物。隨著黑洞物理的發(fā)展，引力本身要實現(xiàn)量子化，黑洞理論將會以全新的身份公之于眾，這將是黑洞發(fā)展的必然。

作者簡介：

牛奔，男，蒙古族，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾區(qū)，本科，無，呼倫貝爾學院物理學，郵編024001。