霍金辐射(课堂PPT)

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1、1,霍金辐射,2,3,二、霍金简介,1942.1.8生于牛津(伽利略逝世300周年) 大学毕业,进行性肌肉萎缩 投考霍伊尔研究生未果,后跟Sciama 霍伊尔的稳恒态宇宙 大爆炸宇宙,4,霍金的主要成就 奇性定理,面积定理,霍金辐射 (1970) (1972) (1974),5,奇性定理,在宇宙膨胀的开端,时空被高度的畸变,并且具有很小的曲率半径。这里可以看做是时空开始或结束的地方。 证明了一个合理的物理时空,如果因果性成立,有一点物质,那么就至少有一个奇点或是至少有一个过程的时间有开始或结束。,6,面积定理,黑洞的表面积只能随时间增大,不能减小。 推论:一个黑洞不能分裂为两个,但两个可以合成

2、一个。,7,R=2GM/C2 奇面,史瓦西黑洞(球对称),R=0 奇点,时空坐标互换,8,克尔旋转黑洞,彭洛斯:宇宙监督假设,9,1、无毛定理(1967) 对洞外观测者来说,坍缩进黑洞的所有物质的信息(毛)全部丢失,只有总质量、总角动量和总电荷除外。 只剩三根毛:M, J, Q 失去的信息永远保留在黑洞内部,10,霍金辐射,贝肯斯坦的猜想: 黑洞的表面积有可能是“熵”。 贝肯斯坦与惠勒的讨论,11,(2)贝肯斯坦公式 普通热力学 转动刚体 A多么像熵, 是温度吗?,12,霍金的反驳 Hawking,Carter,Bardeen1973年中的论文,13,(3)黑洞力学与普通热力学的比较,14,(

3、4)霍金辐射 开始认为黑洞如果有温度,就有热辐射,但黑洞的定义是物质只能进去不能出来,所以反对。 霍金的突变:万一贝肯斯坦是对的呢?,15,1974.2霍金报告 用弯曲时空量子场论证明: 黑洞有热辐射,黑洞的温度是真温度!面积确实是熵!,16,真空涨落产生的虚正反粒子对,负能反粒子落入黑洞,趋向奇点,正能粒子飞向远方。 这等价于一个正能粒子从奇点产生,逆着时间飞向视界,被视界面散射,再顺时飞向远方。,17,18,(5)黑洞的负比热 黑洞越小温度越高, 的黑洞 10亿吨的黑洞 3000吨的黑洞,19,黑洞热容量为负 除某些特殊情况外,黑洞与外界的热平衡是不稳定平衡。,20,(6)黑洞的吸积与喷流

4、,21,22,2、Hawking热辐射量子效应(1974) 考虑量子隧道效应,黑洞会以精确的黑体谱进行热辐射,不带出任何信息。 黑洞将“蒸发”干净,洞内信息全部从宇宙中消失。 信息的丢失意味着,形成黑洞的量子纯态全部衰变成混合态。,23,5、霍金新观点的质疑与启发 (1)落入黑洞的信息必定有部分丢失。 (2)部分信息有可能从黑洞中重新逸出,部分信息有可能作为“炉渣”被留下来。,24,M.Parikh和F.Wilczek:对史瓦西黑洞和R-N黑洞辐射时会有收缩,辐射会产生势垒,由于能量守恒,辐射谱不是严格的黑体谱,辐射谱必须修正,此修正保证了量子引力的幺正性,没有信息丢失。,25,信息守恒的争论,1.以前把黑洞理想化了,霍金辐射可能偏离黑体谱,带出部分信息。 2.信息是负熵,信息不守恒。,26,当爱因斯坦讲“上帝不掷骰子”时,他错了。对黑洞的探索向人们提示,上帝不仅掷骰子,而且有时还把骰子掷到人们看不到的地方去了。 -霍金,

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