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斯蒂芬霍金如何改变我们对黑洞的理解

  斯蒂芬霍金如何改变我们对黑洞的理解作者:Mike Wall,Space.com资深作家

   2018年3月15日美国东部时间下午12:26 0 0 更多合作伙伴系列斯蒂芬霍金如何改变我们对黑洞的理解艺术家对超大质量黑洞的描述曾被发现。图片来源:Robin Dienel,由卡内基科学研究所提供还有很多我们还不知道黑洞的问题,但如果斯蒂芬霍金没有探测到他们黯淡的深度,这些光芒四射的庞然大物将更加神秘。首先,着名的宇宙学家昨天(3月14日)去世,享年76岁,帮助为黑洞的概念提供了更为坚实的数学支持,黑洞的存在是由爱因斯坦1915年的广义相对论所预测的。 “霍金实际证明了关于爱因斯坦引力方程的一些严格的数学定理,它表明,在相当一般的情况下,有些地方会破坏方程式 - 所谓的奇点,”罗格斯大学物理学和天文学教授汤姆班克斯说。 - 新泽西州的新不伦瑞克省。“而且,特别是黑洞内部的区域是如此奇特。” [ 斯蒂芬霍金:照片中记住的物理图标 ] 广告但这是霍金对黑洞性质的调查,这将是革命性的。最初,他的工作表明黑洞永远不会变小 - 特别是,它的球形事件视界的表面区域,无法逃脱的点,永远不会减少。同样,热力学第二定律认为封闭系统的“熵”或无序可能永远不会消失。并且,在20世纪70年代早期,物理学家Jacob Bekenstein明确地将这些概念联系起来,提出黑洞的熵与其事件视界的区域相关联。 班克斯说,霍金最初对这个想法持怀疑态度。毕竟,熵和黑洞似乎并没有结合在一起:黑洞应该不会散发出任何形式的能量 - 因此得名 - 而且没有辐射你就不能拥有熵。但随后霍金以一种前所未有的方式碾压了这些数字。 “他随后表明,如果你在游戏中加入量子力学,你可以证明,事实上,黑洞并不是真正的黑洞,”班克斯告诉Space.com。“他们实际上发射了辐射。” 这种辐射来自“ 虚拟粒子 ”,它们在奇异的量子领域中不断突然出现。他们在物质 - 反物质对中这样做,其中一个具有正能量和另一个负能量。通常,这些对立即相互消灭。但是如果这对爆发发生在黑洞事件视界的边界,理论上,一个粒子可以吞噬,而另一个粒子可以窜入太空。如果吃了负能粒子,黑洞的质量会缩小一点,物体会发出微小的辐射。霍金在1974年制定了这个想法,这就是为什么这个假设的黑洞光被称为霍金辐射,或霍金 - 贝肯斯坦辐射。目前还没有人发现这种排放,但大多数物理学家认为排放存在。因此,他们认为,所有的黑洞最终都会缩小到虚无,之后无论如何都要留下来。(这将在几乎难以想象的长时间尺度上发生大黑洞;一些计算表明,星系核心的最后一个超大质量怪物将不会再死10到100年左右。) 00:26 01:33 虽然毫无疑问是一个天才,但霍金并不总是正确的,他的一个高调错误涉及到黑洞。宇宙学家着名地认为,当黑洞蒸发时,每个粒子所携带的信息 - 例如表征其旋转和质量的数据 - 被黑洞覆盖的东西将会丢失。[ 斯蒂芬霍金关于黑洞的最遥远的想法 ] 大多数其他物理学家都不同意,并且有充分的理由,班克斯说。 “这导致方程式与已知的实验事实大相径庭,”他说。“你可以在弦理论模型中构建某些类型的理想化黑洞,在那里,很明显没有信息丢失。” 相反,大多数物理学家认为,在黑洞消散之前,这些信息必须通过霍金辐射渗透到宇宙中。班克斯说,霍金最终走到了这个位置。班克斯表示,霍金的黑洞工作也促使物理学家在更广泛的层面上重新思考他们对宇宙的理解。以前,物理学家认为熵与系统的体积成比例,因此Hawking和Bekenstein建立的熵区域链接令人惊讶。 “在某种程度上,霍金的观察导致了我们塑造自然,时期的方式的潜在革命,”班克斯说。“部分原因还没有实现。我们实际上没有这样一个理论,每个人都同意是正确的,但这是霍金工作所带来的巨大挑战。” 当然,霍金不仅仅激发了他的物理学家和宇宙学家的深刻思考和反思。几十年来,世界各地的外行人士一直惊叹于霍金通过其衰弱的运动神经元疾病进行斗争,以取得突破性的发现,并在畅销书籍中为群众带来令人兴奋的研究。 “他非常有弹性,以及他有多坚定,这是非常了不起的,”班克尔说,他亲自了解霍金。“这是围绕他的最令人敬畏的部分之一。”

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