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1、黑洞黑洞(简介)BLACKHOLES* 参考文献见:张镇九：现代相对论和黑洞物理学(1986)，第5、6、7、8章张镇九等：相对论物理学(1997),第10章相关部分所引文献；1997-2004年的文献列于相关幻灯片的后面。向被引文献的作者致谢向被引文献的作者致谢。1.自然界的黑洞是宇宙中存在的最理想的自然界的黑洞是宇宙中存在的最理想的宏观物体：其构造的仅有元素仅是我们宏观物体：其构造的仅有元素仅是我们的时间和空间的概念。的时间和空间的概念。The black boles of nature are the most perfect macroscopic objects there are
2、in the universe: the only elements in their construction are our concepts of space and time. S. Chandrasekhar(1983) （1983年物理学诺贝尔奖获得者）年物理学诺贝尔奖获得者）2导引的提纲导引的提纲Outline1牛顿物理学中的黑洞牛顿物理学中的黑洞TheLaplaceinvisiblestarinNewtonianPhysics,2广义相对论中的黑洞广义相对论中的黑洞No-escapableregionofspace-timeinGeneralRelativity3量子黑洞量子黑
3、洞-黑洞的辐射与蒸发黑洞的辐射与蒸发Quantumblackholes,Radiationandevaporationfromablackhole,4黑洞存在的观测证据黑洞存在的观测证据Observationalevidencesoftheexistenceofblackholes.5霍金最新的黑洞假说霍金最新的黑洞假说31牛顿理论中的黑洞概念牛顿理论中的黑洞概念 BLACK HOLE IN NEWTONS THEORY 黑洞的概念早在黑洞的概念早在1783年由迈克尔给凯文迪许的年由迈克尔给凯文迪许的信中首次提出信中首次提出.Theconceptofablackholewasfirstexpr
4、essedbyJohnMichelinhisletterof1783toHenryCavendish.主要想法是：一个球形的发光的星体，具有与主要想法是：一个球形的发光的星体，具有与太阳相同的密度，而直径比太阳的大五百倍，太阳相同的密度，而直径比太阳的大五百倍，那么，从这个星体表面逃逸的速度将大于光速。那么，从这个星体表面逃逸的速度将大于光速。Hismainideawasthatforaspherical,luminousstar,ofthesamedensityasthesun,andwithadiameterfivehundredtimeslargerthanthatofthesun,th
5、espeedofescapefromthesurfaceofthestarwouldexceedthespeedoflight.4MRmv由能量守衡定律5双星中的黑洞双星中的黑洞Blackhole in a binary star 1676年， Roemer测出了光速。In 1676, Roemer had determined the speed of light to be 214,300 km/sec. Michel还指出，双星系统中，那颗看不见 的星就可能是黑洞。Michel also pointed out that if we can not see the other star
6、in a binary star system, it is probably a black hole.6看不见的星看不见的星InvisibleStar (Laplace 1798)拉普拉斯拉普拉斯（1798）：一颗发光的星，一颗发光的星，密度与地球相同，直径比太阳的大密度与地球相同，直径比太阳的大250倍，它发出的光将被吸引回去而倍，它发出的光将被吸引回去而达不到我们这里。因此，宇宙中的达不到我们这里。因此，宇宙中的最大发光星体可能由于这个原因而最大发光星体可能由于这个原因而成为看不见的星。成为看不见的星。 Marquis de Laplace: aluminousstar,ofthesa
7、medensityastheearth,andwhosediametershouldbetwohundredandfiftytimeslargerthanthatofthesun,wouldnot,inconsequenceofitsattraction,allowanyofitsraystoarriveatus.Itisthereforepossiblethatthelargestluminousbodiesintheuniversemay,throughthiscause,beinvisible. (The System of the World). 7引力半径引力半径Gravitatio
8、nalradius82时空中不可逃逸的区域时空中不可逃逸的区域No-escapableregionofspace-time9事件视界事件视界Eventhorizon在非常强的引力场中，例如在中在非常强的引力场中，例如在中子星的表面或接近黑洞的事件视子星的表面或接近黑洞的事件视界，我们必须用广义相对论。界，我们必须用广义相对论。Inthecaseofverystronggravitationalfields,suchasonthesurfacesofneutronstarsorclosetothe“eventhorizon”ofblackholes,wehavetouseGeneralRelat
9、ivity.10比中子星的密度还大很多Much more dense than neutron stars中子星的密度的数量级为中子星的密度的数量级为1012kgm-3.在在18-19世纪，很难想象一个密度比世纪，很难想象一个密度比中子星还大的星体。直到中子星还大的星体。直到20世纪世纪60年代，才将这种星体叫年代，才将这种星体叫黑洞黑洞。Neutronstardensitiesareoftheorderof1015g.cm-3.Itwashardatthattimetoimagineastar,suchasablackhole,whichismuchmoredensethanneutrons
10、tars.Thismightbethereasonwhyblackholeshadnotbeenpaidmuchattentionuntilthe1960swhenthenameofblackholewascoined.11三种不同特性的黑洞三种不同特性的黑洞史瓦西黑洞史瓦西黑洞(球形球形)Schwarzschildblackhole克尔黑洞（旋转）克尔黑洞（旋转）Kerrblackhole克尔克尔-纽曼黑洞（旋转并带电）纽曼黑洞（旋转并带电）Kerr-Newmanblackhole12史瓦西黑洞史瓦西黑洞Schwarzschildblackhole它是不旋转、不带电的黑洞；它是不旋转、不带电
11、的黑洞；它的大小只与质量它的大小只与质量M有关；有关；它的外部时空由爱因斯坦场方程的它的外部时空由爱因斯坦场方程的静态球对称解所描述。静态球对称解所描述。In1967,itwasprovedthatanynon-rotatingblackholewouldendupaftergravitationalcollapseasaSchwarzschildblackholewhosesizedependsonlyonitsmassandwhoseexternalspacetimeisdescribedbythesphericallysymmetricsolutionofEinsteinsfieldeq
12、uations (Schwarzschild, 1916; Penrose, 1965; Wheeler, 1966; Israel, 1967).1314克尔黑洞克尔黑洞Kerrblackhole1963年克尔发现旋转黑洞的爱因斯坦场年克尔发现旋转黑洞的爱因斯坦场方程的稳态轴对称解。方程的稳态轴对称解。TheaxisymmetricsolutionofEinsteinsfieldequationsforarotatingblackholewasdiscoveredbyKerr(1963).它是只旋转、不带电的黑洞；它是只旋转、不带电的黑洞；它的外部时空由质量它的外部时空由质量M和角动量和角动
13、量J描述。描述。ArotatingblackholeiscalledaKerrblackhole,whoseexternalspacetimeiscompletelycharacterizedbyitsmassMandangularmomentumJ. 1516能层，能层，ergospherer+r_17E0E2E1 E0从黑洞提取能量！从黑洞提取能量！18克尔克尔-纽曼黑洞纽曼黑洞Kerr-Newmanblackhole1965年年纽曼发现旋转带电黑洞的爱因纽曼发现旋转带电黑洞的爱因斯坦场方程的稳态轴对称解。斯坦场方程的稳态轴对称解。TheaxisymmetricsolutionofEins
14、teinsfieldequationsforarotatingchargedblackholewasdiscoveredbyNewman(1965).它是旋转、带电的黑洞；它的外部时它是旋转、带电的黑洞；它的外部时空由质量空由质量M、角动量角动量J和电量和电量Q描述。描述。ArotatingblackholeiscalledaKerrblackhole,whoseexternalspacetimeiscompletelycharacterizedbyitsmassMandangularmomentumJ. 19克尔克尔-纽曼度规纽曼度规Kerr-Newmanmetric20黑洞形成的三个过程黑
15、洞形成的三个过程Thethreeprocessesofblackholeformation1.恒星的引力塌缩（恒星黑洞）恒星的引力塌缩（恒星黑洞）Thegravitationalcollapseofstars2.星云中心的引力塌缩星云中心的引力塌缩(巨黑洞巨黑洞)Thegravitationalcollapseofadenseclusterofstars3.极早期宇宙中的引力塌缩极早期宇宙中的引力塌缩(微黑洞微黑洞)The gravitational collapse in the very early universe 211.恒星的引力塌缩恒星的引力塌缩Thegravitationalco
16、llapseofstars白矮星，白矮星，M1.4M 中子星中子星,1.4M M3.2M M (太阳质量太阳质量)2.2 1030kg22白矮星白矮星Whitedwarf 气体云的致密化形成恒星。由氦转变为气体云的致密化形成恒星。由氦转变为较重的元素的核反应，较重的元素的核反应，.，形成最稳定的恒星核。形成最稳定的恒星核。Starsformbycondensationofagascloud.Nuclearreactionsconvertingheliumtoheavierelements,.,tothemoststablenucleioccur.当恒星的质量小于当恒星的质量小于1.4M ,电子
17、简并压强电子简并压强足以抗衡引力，这类恒星形成白矮星。足以抗衡引力，这类恒星形成白矮星。Forstarswhosemassesarelessthan1.4M ,theelectrondegeneracypressurebecomessufficienttosupportstars.Theend-productofthistypeofstariscalledawhitedwarf.23中子星中子星Neutronstars中子星是稳定的恒星，密度比白中子星是稳定的恒星，密度比白矮星大矮星大108倍，质量小于倍，质量小于3M 。Neutronstarsarestablestars,whosemass
18、esarelessthan3M ,butwithdensity108timeslargerthanthatofwhitedwarfs.电子简并压强不足以抗衡引力，电子简并压强不足以抗衡引力，中子简并压强足以抗衡引力。中子简并压强足以抗衡引力。Electrondegeneracypressureisnotsufficientforsupportandnofurtherenergygeneratingnuclearreactioncanoccur,butneutrondegeneracypressurecananddoesprovidesupport.24恒星黑洞恒星黑洞Blackholes如果恒
19、星的塌缩部分的质量大于如果恒星的塌缩部分的质量大于3M ，平衡不可达到。平衡不可达到。Ifthemassofthecollapsingportionofastarisgreaterthan3M ,nopressurecansupportthestarsandequilibriumcanneverbeachieved.完全的引力塌缩导致完全的引力塌缩导致黑洞黑洞的形成。的形成。Completegravitationalcollapsewilloccur.Theendpointofsuchacollapsewillbeablackhole.252.星云的塌缩星云的塌缩Collapseofaclus
20、terofstars致密星云核心的引力塌缩致密星云核心的引力塌缩Thegravitationalcollapseoftheentirecentralcoreofadenseclusterofstars.在脉冲星中心或星系中心产生质在脉冲星中心或星系中心产生质量约为量约为106-109M 的的超大黑洞。超大黑洞。Asupermassiveblackholewithmass106-109M,suchasinthecenterofaquasar,orinactivegalacticnucleiproducedbystellarcollapse.263.极早期宇宙中的引力塌缩极早期宇宙中的引力塌缩Th
21、egravitationalcollapseintheveryearlyuniverse If sufficiently large inhomogeneities in the density on small scales were present in the very early universe, the regions of enhanced density could collapse directly to black holes rather than expand with the rest of the universe.1012 kg 极早期宇宙中的密度非均匀，使很小极
22、早期宇宙中的密度非均匀，使很小区域达到特大密度时，发生的引力塌区域达到特大密度时，发生的引力塌缩直接形成很缩直接形成很微黑洞微黑洞。 M10M101212 k kg g27微黑洞的例子微黑洞的例子：宇宙大爆炸后宇宙大爆炸后10-11秒，宇宙的密秒，宇宙的密度达到度达到1030kg/m3,这种巨大的密度这种巨大的密度涨落，将形成涨落，将形成原初黑洞原初黑洞。ExampleAt 10-11 second after the Big Bang, the density of the universe was 1030kg/m3, a density fluctuation with over a s
23、mall scale at this time could have resulted in the formation of aprimordialblackhole.28经典黑洞的精确定义经典黑洞的精确定义(Chandrasekhar 1983)黑洞将三维空间分为两个区域：黑洞将三维空间分为两个区域：一个是以称之为视界的二维光滑曲面为边界的内区域；一个是视界以外的渐近平直的外区域；而且要求内区域中的点不能与外区域中的任何点通信息。29经典黑洞黑黑的洞物质物质能量能量信息信息只进只进不出不出303黑洞的量子理论黑洞的量子理论Thequantumtheoryofblackholes黑洞将辐射粒
24、子黑洞将辐射粒子-霍金蒸发。霍金蒸发。A black hole will evaporate-Hawking radiation辐射的快慢与质量成反比。辐射的快慢与质量成反比。Therateoftheradiationisinverseproportionaltothemass31.弯曲时空量子场论弯曲时空量子场论TheQuantumFieldinCurvedSpacetime参考文献见:黄焕然、周并举、张镇九：弯曲时空量子场论(1994)，第7章张镇九等：相对论物理学(1997),第10章相关部分所引文献；1997-2004年的文献列于相关幻灯片的后面。向被引文献的作者致谢向被引文献的作者致
25、谢。3233黑洞的量子力学黑洞的量子力学Quantummechanicsofblackholes 黑洞的熵黑洞的熵Sbh = (1/4)Abh. Entropy S = (1/4)A. A-黑洞视界的面积黑洞视界的面积黑洞的温度黑洞的温度Tbh =/2 kB Temperature T =/2 kB. -黑洞的表面引力，黑洞的表面引力，kB-玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 (Hawking，DeWitt，1975，)34霍金辐射霍金辐射Hawkingradiation黑洞有温度，就要辐射。黑洞有温度，就要辐射。 A black hole with Tbh will evaporate.辐射的量子的平
26、均波长与质量成正辐射的量子的平均波长与质量成正比。比。 The average wavelength of emitted quanta is M, comparable to the size of a bh.局域的粒子概念不再成立。局域的粒子概念不再成立。 The concept of locally defined particle breaks down.35量子黑洞(Stephen Hawking,1974)黑黑的洞，有蒸发物质物质能量能量可进可进可出可出信息不见了！信息不见了！黑洞佯谬！黑洞佯谬！BHparadox!1975JohnPreskill364黑洞存在的观测证据黑洞存在的
27、观测证据Observationalevidencesoftheexistenceofblackholes37广义相对论的结论广义相对论的结论ConsequenceofGeneralRelativity作为恒星、星系核以及极早期宇宙的涨落所引作为恒星、星系核以及极早期宇宙的涨落所引起的完全引力踏缩的最终产物，黑洞的存在是起的完全引力踏缩的最终产物，黑洞的存在是广义相对论的不可避免的结论。广义相对论的不可避免的结论。TheexistenceofblackholesisaninevitableconsequenceofGeneralRelativity.Theirplaceasanendpointo
28、fstellarandgalacticnucleievolutionandpossibleproductionoffluctuationintheveryearlyuniverse现在看来，这个结论是相当可靠的。现在看来，这个结论是相当可靠的。nowseemsfairlysecure.38活动星系核中的黑洞活动星系核中的黑洞BLACKHOLESINAGN(1)已发现赛佛特旋转星系已发现赛佛特旋转星系NGC1068具有宽具有宽带的高激发态谱线带的高激发态谱线(Fath,1908)，其红移，其红移达到达到1100km/s(Slipher,1917)，该星系有，该星系有亮度达到亮度达到4x1036J
29、/s.Woltjer(1959)推断推断出这种星系至少存活了出这种星系至少存活了108年年.与一个质量与一个质量为为106-109M 的黑洞的情况相符合。的黑洞的情况相符合。 The Seyfert spiral galaxy, NGC 1068, has been found to have unusual broad and high excitation lines (Fath, 1908) with a redshift of 1100 km/s (Slipher, 1917) and a bright condensed nucleus with luminosity approac
30、hing 4x1036J/s. Woltjer (1959) deduced that such objects must live for at least 108 yr. A black hole with mass 106-109M fits this description well.39已发现射电星系天鹅座已发现射电星系天鹅座A发射的射电功率发射的射电功率达到达到1037J/s，红移，红移Z=0.05(BaadeandMinkowski,1954)。Burbidge(1959)证证明，要辐射这么强的射电强度，需要的明，要辐射这么强的射电强度，需要的总能量为总能量为3x1052J，这说
31、明活动星系核与，这说明活动星系核与巨大的能量过程相关。巨大的能量过程相关。 The radio galaxy Cygnus A has been observed to have radio power of 1037J/s with redshift Z = 0.05 (Baade and Minkowski, 1954). Burbidge (1959) showed that a total energy of 3x1052 J was required to account for the intensity of the radio emission. Powerful radio
32、galaxies gave an indication of the enormous energies involved in active galactic nuclei (AGN).活动星系核中的黑洞活动星系核中的黑洞BLACKHOLESINAGN(2)40类星体类星体Quasars(1)Burbidge(1956)证明从椭圆星系证明从椭圆星系M87发出发出的喷流的光辐射至少要求有的喷流的光辐射至少要求有1049J的能量。的能量。 Burbidge (1956) also showed that the optical emission of the jet from the ellip
33、tical galaxy M87 required at least 1049J of energy. 1963年发现类星体年发现类星体3C273的光发射功的光发射功率为率为1039J/s，并具有长的喷流。，并具有长的喷流。 The quasar3C273 was discovered in 1963. It has optical power of 1039J/s, and a long jet.411963年年Smith和和Hoffleit发现类星体变化发现类星体变化的时间尺度的时间尺度1月，这说明能量产生的区月，这说明能量产生的区域的尺度域的尺度1015m。In 1963, Smith
34、and Hoffleit discovered that quasars were variable on timescales 1 month. It implies that the energy was produced within a region 7M 的黑洞。的黑洞。Webster and Murdin (1972), Bolton (1972), and Gies and Bolton (1986) showed a black hole with mass 7M is the companion to HD 226868 in the binary X-ray source
35、Cygnus X-1. 45越来越强的证据显示在越来越强的证据显示在CygX-1,LMCX-3,A062000,LMCX-1,和和SS433这这些双星中存在质量在些双星中存在质量在6-8M 黑洞。黑洞。TheargumentsfortheX-raysourcesCygX-1,LMCX-3,A062000,LMCX-1,andSS433beingblackholeswith6-8solarmassinmasstransferbinariesareatleastasstrongasthereasonsforbelievingthatheliumismadeinthebigbang.双星中的黑洞双星
36、中的黑洞BlackHolesinbinaries(2)46在在LMCX-3中有一个质量中有一个质量(104)M 的黑洞。的黑洞。In LMC X-3, we have a black hole with mass (104)M (Paczynski, 1984).在在X-射线新星射线新星A0620-00中有一个质量中有一个质量3.2M 的黑洞。的黑洞。There may be a black hole with mass 3.2M in the X-ray nova A0620-00 (McClintock et al., 1986). 在在LMCX-1中有一个质量中有一个质量4M 的黑洞。的
37、黑洞。LMC X-1, has been put forward as a black hole candidate with mass 4 M by Hutchings et al. (1983).双星中的黑洞双星中的黑洞BlackHolesinbinaries(3)47Abell和和Margon(1979)，Margon(1984)证实证实SS433是一个包含质量是一个包含质量7M 的双星。朝两个相反方向的喷的双星。朝两个相反方向的喷流的速度流的速度v =0.2 c。Abell and Margon (1979) and Margon (1984) verified that SS433
38、is a binary system containing a compact object which may be a black hole with mass 7 M and emitting two directly opposite jets. The jet speed is stable at v =0.2 c. 双星中的黑洞双星中的黑洞BlackHolesinbinaries(4)48双星双星SS433的周期为的周期为163天，还有天，还有13.1天和天和0.7月月的变率。这是由于致密天体和以的变率。这是由于致密天体和以13.1天为周期天为周期绕这颗致密天体转的伴星的蚀所造成。
39、绕这颗致密天体转的伴星的蚀所造成。The precession period is 163 d. SS433 also has a 13.1 d, 0.7 m variation. This is attributed eclipsing of the compact object and its companion, orbiting with a 13.1 d period. Pakull和和Angebault(1986)提供的确证说明，提供的确证说明，SS433中的这颗致密天体就是一个黑洞。中的这颗致密天体就是一个黑洞。Pakull and Angebault (1986) provid
40、e corroborating evidence. The weight of evidence favors SS433 containing a black hole. 双星中的黑洞双星中的黑洞BlackHolesinbinaries(5)49Blandford（1987）指出，双星）指出，双星SS433中的致密中的致密天体被一个吸积盘所包围，发出的辐射的功率天体被一个吸积盘所包围，发出的辐射的功率约为约为1039J/s，公转周期为，公转周期为163天。这个致密天天。这个致密天体可能是一个质量体可能是一个质量7M 的黑洞。的黑洞。The compact object is surround
41、ed by an accretion disk. The power radiated by this compact object would be about 1039 J/s at the Eddington limit. Two antiparallel jets emanating from a compact object (maybe a black hole with mass 7M ) in a binary system precess on a cone with opening angle 20circ and period 163d. Tidal torques pr
42、oduced by the orbiting companion impose a small nutation on the jets with a 6.06 d period. (Adapted from Blandford, 1987.)双星中的黑洞双星中的黑洞BlackHolesinbinaries(6)50其他可能的黑洞其他可能的黑洞OTHERPOSSIBILITIES(1)Paczynski（1986）发现四对类星体，可）发现四对类星体，可能是由于引力透镜效应（能是由于引力透镜效应（Turner,1986）所造成。该巨黑洞的质量约为所造成。该巨黑洞的质量约为1012M 。 Disc
43、overy of six pairs of quasars that are possibly gravitationally lensed (Turner, 1986) has revived interest in cosmological 1012 M supermassive black holes. (See Paczynski, 1986.)51其他可能的黑洞其他可能的黑洞OTHERPOSSIBILITIES(2)Freese,PriceShramm(1983)提提出质量在出质量在1012kg和和1M 之间的之间的原初（微）黑洞可能激发星系的原初（微）黑洞可能激发星系的形成。形成。
44、Primordial (mini) black holes have been postulated by Freese, Price and Shramm (1983). The mass would be between 1012 kg and 1M , and may stimulate galaxy formation. 52考虑到量子效应，宇宙极早期产生考虑到量子效应，宇宙极早期产生的质量约为的质量约为1012kg的微黑洞，由于的微黑洞，由于蒸发，它的寿命与我们宇宙的时间蒸发，它的寿命与我们宇宙的时间尺度相当，可能与观察到的尺度相当，可能与观察到的 射线爆射线爆相关。相关。If qu
45、antum effects are taken into account, the evaporation of mini black holes with mass 1012 kg , created in the very early Universe, with lifetime as the time scale of our Universe, would be related to gamma-ray burst.其他可能的黑洞其他可能的黑洞OTHERPOSSIBILITIES(3)53NASA,Caltech和和MIT三支天文学家队伍在三支天文学家队伍在1998年年1月月7日在美
46、观天文学会上宣布：日在美观天文学会上宣布：离地球离地球40,000光年的光年的Aquila星座中被怀疑为黑星座中被怀疑为黑洞的天体洞的天体GRS1915+105，由其，由其X-射线涨落，射线涨落，发现由速度约为光速的发现由速度约为光速的92%的喷流发出了红外的喷流发出了红外辐射。辐射。Jan. 7 1998, at a meeting of the American Astronomical Society in Washington, D.C. , three teams of astronomers from NASA, Caltech and MIT have announced:Flu
47、ctuation in X-ray emissions around a suspected black hole, GRS 1915+105, about 40,000 light years from Earth in the constellation Aquila, hursts infrared radiation from jets of hot matter about 92% the speed of light.其他可能的黑洞其他可能的黑洞OTHERPOSSIBILITIES(4)54结论结论Conclusion黑洞存在的观测证据强而有力而且正在增加黑洞存在的观测证据强而有力
48、而且正在增加The observational evidence for black holes exist is very strong and increasing.没有一个证据是无懈可击的。没有一个证据是无懈可击的。None of the observational evidence can be considered as absolutely well-established. 这是科学领域的正常状况。这是科学领域的正常状况。This is the normal state in most science. 在现阶段的积极态度是接受这些证据作为候在现阶段的积极态度是接受这些证据作为候
49、选者，并假设黑洞存在而继续探索。选者，并假设黑洞存在而继续探索。It is surely more productive at this stage to accept the evidence and proceed with the hypothesis that blackholesdoexist.555霍金最新的黑洞假说霍金最新的黑洞假说56霍金推翻自己的黑洞悖论霍金推翻自己的黑洞悖论黑洞也释放信息！黑洞也释放信息！57斯蒂芬霍金在国际第十七届广义相对论与万有引力大会上发表演讲2004,7, 斯蒂芬霍金出席第17届国际广义相对论与万有引力大会,2004,7 58一一九九八八三三年年于于
50、意意大大利利59霍金的生平非常富有传奇性。在科学成就上，他是有霍金的生平非常富有传奇性。在科学成就上，他是有史以来最杰出的科学家之一。史以来最杰出的科学家之一。霍金是当代最重要的广霍金是当代最重要的广义相对论家和宇宙论家。义相对论家和宇宙论家。70年代他和彭罗斯一道证明年代他和彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，他们共同获得了了著名的奇性定理，他们共同获得了1988年的沃尔夫年的沃尔夫物理奖。物理奖。1980年以后，他的兴趣转向量子宇宙论。年以后，他的兴趣转向量子宇宙论。他在他在1982年开始写时间简史。从年开始写时间简史。从1988年年4月首版以月首版以来，此书已被翻译成来，此书已被翻译成30种
51、文字，并出售了大约种文字，并出售了大约550万册。万册。霍金认为他一生的贡献是，在经典物理的框架里，证霍金认为他一生的贡献是，在经典物理的框架里，证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性，黑洞越变越大；明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性，黑洞越变越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因辐射而越变但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因辐射而越变越小，大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平，而且整越小，大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平，而且整个宇宙正是起始于此。个宇宙正是起始于此。2002年年8月月18日下午日下午3点，霍金在北京国际会议中心，点，霍金在北京国际会议中心，作主题为作主题为“膜的新奇世界膜的新奇世
52、界”科普报告。科普报告。60世界著名天体物理学家斯蒂芬霍金世界著名天体物理学家斯蒂芬霍金2004年年7月月21日日公布了他关于黑洞理论的最新研究成果。霍金在他公布了他关于黑洞理论的最新研究成果。霍金在他的研究中称：的研究中称：黑洞，这种由巨大恒星塌陷形成的神秘宇宙黑洞，这种由巨大恒星塌陷形成的神秘宇宙涡流，并非象人们原先认为的那样只会摧毁涡流，并非象人们原先认为的那样只会摧毁所有被它巨大引力吞噬的物质。黑洞不会将所有被它巨大引力吞噬的物质。黑洞不会将进入其边界的物体的信息淹没，反而会将这进入其边界的物体的信息淹没，反而会将这些信息些信息“撕碎撕碎”后释放出去。相对而言，黑洞后释放出去。相对而言
53、，黑洞还将以被挤压得扁平扭曲的形式向外界释放还将以被挤压得扁平扭曲的形式向外界释放出其中所包含能量和物质信息。出其中所包含能量和物质信息。该一理论的提出，说明霍金推翻了该一理论的提出，说明霍金推翻了29年前他自己提年前他自己提出的出的“黑洞悖论黑洞悖论”。61以上为霍金在爱尔兰都柏林举行的以上为霍金在爱尔兰都柏林举行的“第十七第十七届国际广义相对论及万有引力大会届国际广义相对论及万有引力大会”时提出时提出的理论。霍金所提出的这一新奇观点，为他的理论。霍金所提出的这一新奇观点，为他在黑洞领域近三十年的不懈努力提出了一个在黑洞领域近三十年的不懈努力提出了一个圆满的结论。霍金一直以来曾认为黑洞将毁圆
54、满的结论。霍金一直以来曾认为黑洞将毁灭所有被吞噬进去物质和能量的全部信息记灭所有被吞噬进去物质和能量的全部信息记录，但是这种观点与现代的亚原子理论之间录，但是这种观点与现代的亚原子理论之间存在相互矛盾之处。亚原子理论坚信这些记存在相互矛盾之处。亚原子理论坚信这些记录信息不会消失，而且会以一种特定的形式录信息不会消失，而且会以一种特定的形式永久地存在下去。永久地存在下去。62霍金这次所作出的解释称，黑洞将永霍金这次所作出的解释称，黑洞将永久地拥有它所包含的物质和能量，但久地拥有它所包含的物质和能量，但同时黑洞自身状态也会在很长一段时同时黑洞自身状态也会在很长一段时期内逐步恶化并最终走向死亡。当这
55、期内逐步恶化并最终走向死亡。当这颗黑洞最后崩溃时，它所包含的物质颗黑洞最后崩溃时，它所包含的物质将以一种变形扭曲的形态被重新释放将以一种变形扭曲的形态被重新释放到浩瀚无际的宇宙空间中去。到浩瀚无际的宇宙空间中去。63霍金详细解释了他的观点：霍金详细解释了他的观点：“如果如果你在宇宙中一跃跳入黑洞当中去，你在宇宙中一跃跳入黑洞当中去，终归有一天你还会重新回到这个宇终归有一天你还会重新回到这个宇宙中来，只不过到那时你会以一个宙中来，只不过到那时你会以一个被轧扁扭曲的形式出现。尽管你仍被轧扁扭曲的形式出现。尽管你仍然保留着你长相的信息，但此时的然保留着你长相的信息，但此时的信息已经是被打乱扭曲而无法
56、辨认信息已经是被打乱扭曲而无法辨认了。了。”64早先一段时期，霍金也曾经支持过一种充满早先一段时期，霍金也曾经支持过一种充满科幻传奇色彩的科幻传奇色彩的“黑洞传送理论黑洞传送理论”。这种理。这种理论猜想，消失在黑洞中的物质很可能是被黑论猜想，消失在黑洞中的物质很可能是被黑洞直接传送到另外一个平行存在的宇宙空间洞直接传送到另外一个平行存在的宇宙空间中。但是这回霍金在来自全球中。但是这回霍金在来自全球5050个国家的个国家的800800多名物理学家面前否定了这一猜想：多名物理学家面前否定了这一猜想：“没有证据能说明有新生的宇宙分支存在，黑没有证据能说明有新生的宇宙分支存在，黑洞所包含的物质信息将会
57、稳定的留在我们生洞所包含的物质信息将会稳定的留在我们生存的这个唯一的宇宙空间中。存的这个唯一的宇宙空间中。”霍金表示：霍金表示：“这种解释一定让众多的科幻小说迷们感到这种解释一定让众多的科幻小说迷们感到失望了，我对此非常遗憾。因为即使这些物失望了，我对此非常遗憾。因为即使这些物质信息被保存下来，单纯凭借黑洞就能将其质信息被保存下来，单纯凭借黑洞就能将其传送到其它宇宙，这也是不可能的。传送到其它宇宙，这也是不可能的。”65霍金补充说：霍金补充说：“虽然这种解虽然这种解释不如早先的猜想更让人兴释不如早先的猜想更让人兴奋，但是这毕竟解决了困扰奋，但是这毕竟解决了困扰我将近我将近3030年的一个问题，
58、我年的一个问题，我为此感到非常高兴。为此感到非常高兴。”66同时在这次大会上，霍金还解决了另外一同时在这次大会上，霍金还解决了另外一个大问题，那就是他在个大问题，那就是他在7 7年前与美国加州年前与美国加州理工大学的天体物理学家约翰普雷斯基理工大学的天体物理学家约翰普雷斯基尔教授之间定下的一个赌局。在尔教授之间定下的一个赌局。在19971997年两年两人曾为黑洞中的物质是否将消亡打过一个人曾为黑洞中的物质是否将消亡打过一个赌，此次霍金的最新解释显然已经明确的赌，此次霍金的最新解释显然已经明确的表明，在这场赌局中约翰普雷斯基尔教表明，在这场赌局中约翰普雷斯基尔教授获得了最终的胜利。为此霍金将遵守
59、诺授获得了最终的胜利。为此霍金将遵守诺言买下一本棒球百科全书作为打赌的言买下一本棒球百科全书作为打赌的奖品送给了普来斯基教授。奖品送给了普来斯基教授。67霍金在发言时称：霍金在发言时称：“我一时很难买我一时很难买到这本棒球（到这本棒球（baseball）百科全）百科全书，所以我只能送给普雷斯基尔书，所以我只能送给普雷斯基尔教授一本关于板球（教授一本关于板球（cricket）的百）的百科书作为补偿。不过我认为要想说科书作为补偿。不过我认为要想说服他相信板球比棒球更优秀同样也服他相信板球比棒球更优秀同样也是一件很难的事。是一件很难的事。”68随后约翰普雷斯基尔教授也随后约翰普雷斯基尔教授也作出了回
60、应称：作出了回应称：“能赢得这场能赢得这场赌局我很高兴，不过老实说，赌局我很高兴，不过老实说，我还是不能完全明白他所阐述我还是不能完全明白他所阐述的观点。和其它的科学家一样，的观点。和其它的科学家一样，我很期待能尽快看到他在下月我很期待能尽快看到他在下月出版的详细书面说明。出版的详细书面说明。”69霍金在上个世纪霍金在上个世纪7070年代中期年代中期曾提出黑洞存在向外界辐射曾提出黑洞存在向外界辐射能量的全新理论，当时为科能量的全新理论，当时为科学界探索黑洞原理开创了全学界探索黑洞原理开创了全新的研究方向，但是在他的新的研究方向，但是在他的理论中也存在一些与其它物理论中也存在一些与其它物理理论相
61、互矛盾的地方，此理理论相互矛盾的地方，此次的新发现将进一步完善霍次的新发现将进一步完善霍金关于黑洞研究的理论体系。金关于黑洞研究的理论体系。70斯蒂芬霍金是英国剑桥大学的数斯蒂芬霍金是英国剑桥大学的数学教授，曾因其撰写的畅销科普读学教授，曾因其撰写的畅销科普读物时间简史而闻名于世。霍金物时间简史而闻名于世。霍金在他二十多岁时因为患上肌萎缩性在他二十多岁时因为患上肌萎缩性脊髓侧索僵化症而全身瘫痪，现在脊髓侧索僵化症而全身瘫痪，现在的霍金只能坐在轮椅上向全世界描的霍金只能坐在轮椅上向全世界描述他头脑中的宇宙世界。在演讲中，述他头脑中的宇宙世界。在演讲中，霍金只能通过手持设备选择字符输霍金只能通过手持设备选择字符输入电脑，然后再通过电子声音合成入电脑，然后再通过电子声音合成器向听众传递他所要表达的信息。器向听众传递他所要表达的信息。71黑洞黑黑的洞物质、物质、能量、能量、信息信息可进可出。可进可出。2004年年7月月霍金新论霍金新论72
