开局黑洞毕业论文

应该有很大很大的空间吸引力是我们现在所想不到的，而且也是我们更想去探究的

黑洞理论1975年，霍金创立了闻名世界的理论体系，让黑洞的概念家喻户晓。量子理论在原子的水平上对宇宙加以描述，推断出信息是从来不会丢失的。如今，霍金已修改了黑洞理论，认为黑洞是可以“重新开放”的，所吞噬的信息可以以另一种形式释放出来，就像我们生活中的燃烧一样，只是信息的转化而已。经过29年的思考，斯蒂芬·霍金表示、他以前对黑洞的看法是错误的。2004年7月14日，这位剑桥大学的著名物理学家正式发表了一篇论文，认为黑洞这种由星体残骸演化成的漩涡会保留被吞噬物体的痕迹、而且终将释放出少量被撕碎的物质。霍金激进的新理论颠覆了他30年来为了科学地解释黑洞悖论而进行的努力：被吸入黑洞的物体怎样才能真正消失，不留一点痕迹呢长期以来他一直是这样认为的，而亚原子理论认为物质的形式可以相互转换，但不可能完全消失。此前、霍金坚持认为、黑洞会摧毁其中所包含的一切微小信息，然后只是正常向外辐射能量。在第17届国际广义相对论和万有引力大会上，霍金提出了令人难以置信的新的计算结果，认为黑洞能够将吞噬的物质慢慢释放出来，而且吸收和释放的方式都只有一种。62岁的霍金说他不再相信20世纪80年代的理论、当时的理论认为黑洞可能可以通往另一个宇宙空间，这正好可以用来解释被黑洞吞噬的物质和能量去了哪里。霍金站在粒子物理学家一边、长期以来，粒子物理学家们坚持认为任何被黑洞吞噬的物质都不会凭空消失，最后必然以一种特殊的方式释放出来。霍金面对来自50个国家的大约800名物理学家和其他科学家发表了演讲，他说：（黑洞里）没有我曾设想过的子宇宙分支，物质信息仍然牢牢地保存在这个宇宙里。我很遗憾这让科幻迷们失望了，但如果物质信息被保存了，就不可能利用黑洞去别的宇宙空间旅行。如果跳进一个黑洞，物质能量将以一种被撕裂的形式返回到宇宙中、其中包含以前的信息，但是已经处于无法辨认的状态。霍金的新理论在物理学权威中激起了怀疑和困惑的浪潮。霍金在发表演讲时，其中的两位领军人物美国哥伦比亚大学的威廉·翁鲁和芝加哥大学的罗伯特·沃尔德不断耸肩摇头表示怀疑。黑洞专家沃尔德说：霍金完全改变了他自己以前的观点、霍金以前认为进入黑洞的一切都会被冲走。他相信从黑洞释放出的任何物质都能追溯到来源。他已经偏离了仍然坚信的理论。折叠编辑本段研究历史上世纪70年代，霍金提出的“黑洞热辐射”理论是20世纪最杰出的理论物理成就之一，但当时这一理论的一些观点受到了量子物理学者的质疑，科学家们认为被黑洞“吞掉”的物质的信息最终将会随黑洞一起消失，在量子物理的角度上是无法解释的。为此，30年来学术界一直存在着争论，此次霍金提出的新观点―――黑洞在某一时间，将会把它吞掉的信息释放出来，从表面上看弥补了他以前理论的缺陷，但是这也不足以肯定这一理论就是正确的。赵教授解释，物质所包含的信息并不像质量或能量一样具有守恒的性质，因此霍金此前的信息消失理论并不是完全无法接受的。从20世纪60年代到80年代，黑洞研究取得了重大进展。最初人们认为黑洞是一颗死亡了的星体，什么东西都可以掉进去，但任何东西都跑不出来。1974年霍金证明黑洞有温度、有辐射。霍金辐射的发现使黑洞和霍金本人都变得家喻户晓。20世纪80年代以后，黑洞研究的重点逐渐从温度转向信息佯谬。人们早已知道，黑洞外部观测者会失去形成黑洞以及后来落入黑洞的物质的几乎全部信息，这就是“无毛定理”。所谓“毛”是指“信息”。黑洞只剩下总质量、总电荷和总角动量3根“毛”可以被外界探知。人们最初认为，虽然外部观测者不能探知黑洞内部物质的信息，但这些信息并没有从宇宙中消失，只不过隐藏在了黑洞的内部。霍金辐射发现之后，人们知道黑洞中的物质最后将全部转化为热辐射，而热辐射几乎不带出任何信息。这样，形成和落入黑洞的物质的信息将从宇宙中消失，信息不再守恒，不仅重子数守恒、轻子数守恒等定律不再成立，量子论的幺正性也将受到破坏。面对如此严重的理论困难，物理学家展开了激烈的争论。理论物理学家大都相信信息守恒，坚信幺正性这一量子论的基石不会被破坏。总之，信息应该守恒。以霍金和索恩为代表的相对论专家则认为信息不一定守恒，幺正性完全有可能被破坏。为此，霍金和索恩与坚信信息守恒的普瑞斯基打赌。"这种理论从诞生之初就遇到了麻烦:它同很多科学家坚持的"信息守恒定律"互为矛盾.这一度被人们称为"黑洞悖论".如同19世纪的科学家断定了能量守恒定律一样,20世纪的许多科学家提出了信息守恒一说——假如这个说法成立,那么"信息守恒定律"无疑将成为科学界最为重要的定律,也许比物质,能量守恒定律的意义更为深远.霍金的黑洞理论引起的激烈争执就是"信息"在黑洞中是否能够保存,守恒."折叠编辑本段理论产生所谓黑洞，是时空的一个区域，这个区域内的引力非常强大，以至于任何东西，甚至光都不能从中逃逸出来。长期以来，科学家们认为黑洞会吞噬一切。但1974年，霍金提出，黑洞一旦形成，就会“蒸发”辐射出能量，同时损失质量，这种辐射亦称为“霍金辐射”。霍金这一理论是黑洞研究中的一个重大进展。但与此同时，他又制造出了一个新的难题。霍金在1976年的另一篇论文中对此做出阐述：黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息，在黑洞损失殆尽之后，所有信息都会丢失。而根据量子力学的定律，信息是不可能被彻底抹掉的，霍金的说法产生了矛盾，这就是“黑洞信息悖论”。当时霍金辩称，黑洞的引力场过于强大，量子力学的定律并不适用，但他这种解释并不令学术界感到信服。哈佛大学物理学家施特勒明格就直言“我并不相信霍金1976年的理论，尽管我不知道他的计算到底错在哪里”。折叠编辑本段理论推翻霍金悖论 霍金自己推翻自己的理论1976年，霍金称自己通过计算得出结论，他认为黑洞在形成过程中，其质量减少的同时还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的“霍金辐射”理论。但是，理论中提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息，一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后，其中的所有信息就都随之消失了。这便是所谓的“黑洞悖论”。这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。近30年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。但是霍金的这种说法并没有得到科学界众多持怀疑态度学者的信服。如今，霍金终于给了这个当年自相矛盾观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身，他们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。这一重大研究成果还没有公开以论文的形式发表，已经在学术界引起了轩然大波。霍金在剑桥大学的同事、著名的物理理论学家马尔科姆·佩里博士表示，“霍金在这次研讨会上提出的观点也许是一种可行的解决方案。但是具体是否能得到最终认可，我看还需要由大家说了算。”但他认为，霍金最新的研究成果将可以和30年前发表的“霍金辐射”相媲美。物理学家科特·卡特勒在接受《新科学家》杂志的访问时说：“霍金发出了一个信息，他似乎在说‘我已经解决了黑洞理论中的矛盾之处，我想就此发表一些新的看法’。但是我们作为该信息的接受者，预先却并没有看到任何有关的书面阐述。作为对霍金本人的尊重，根据他的名誉，我只能暂且先接受这种说法。”。2004年7月21日，在爱尔兰的都柏林举行“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上，英国传奇科学家斯蒂芬·霍金教授宣布了他对宇宙黑洞的最新研究结果，霍金的态度来了个180度转弯，表示自己原来的观点错了，信息应该守恒：黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞食”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息可能会在某个时候释放出来：信息守恒。原因是先前把黑洞想得太理想化了，把黑洞热辐射也想得太理想化了。不过，霍金一直没有给出严格的证明来支持自己的新观点。索恩表示此事不能由霍金一个人说了算，他仍坚持信息不守恒的看法。普瑞斯基则表示没有听懂霍金的演讲，不明白自己为什么赢了。这一牵扯到量子论基础的敏感问题还远未解决。黑洞不是一颗死亡了的星体,它具有丰富的内涵。黑洞的霍金辐射理论表明,黑洞不仅具有一般的力学性质,而且具有量子性质和热性质。如果黑洞的辐射谱为严格的黑体谱,则黑洞辐射过程中信息丢失。Parikh和Wilczek认为,黑洞的霍金辐射的确可以看成是一种量子效应,但辐射粒子贯穿的势垒不是预先存在的,而是由出射粒子自身产生的。他们的研究结果支持信息守恒。黑洞理论的研究已经超出了黑洞本身，它不仅通过信息疑难触及了量子论的重要基石——幺正性，而且掀开了探讨时间性质的新篇章。黑洞内部有一个奇点，那是时间终结的地方。大爆炸宇宙有一个初始奇点，那是时间开始的地方。彭若斯和霍金曾经证明过一个“奇性定理”，该定理表明，任何一个真实的时空都一定存在奇点，即一定存在时间有开始或终结的过程。时间有没有开始和结束，原本是哲学家和神学家议论的话题，经过对黑洞和宇宙的研究，这一话题被纳入了物理学的领域。宇宙学家相信，太空中有许多类型的黑洞，从质量相当于一座山的小黑洞，到位于星系中央的超级黑洞，不一而足。科学家过去认为，从巨大的星体到星际尘埃等，一旦掉进去，就再不能逃出，就连光也不能“幸免于难”。而霍金教授关于黑洞的最新研究有可能打破这一结论。经过长时间的研究，他发现，一些被黑洞吞没的物质随着时间的推移，慢慢地从黑洞中“流淌”出来。霍金关于黑洞的这一新理论解决了关于黑洞信息的一个似是而非的观点，他的剑桥大学的同行都为此兴奋不已。过去，黑洞一直被认为是一种纯粹的破坏力量，而现在的最新研究表明，黑洞在星系形成过程中可能扮演了重要角色。2016年1月，斯蒂芬·霍金等人提出了新解释：落入黑洞的粒子的信息部分被位于视界线（黑洞边界）的粒子组成的“柔软毛发”所“俘虏”，这些信息并没有消失，但很难还原和破解。相关研究发表在arXiv上。[1]

没有，可能以后我写的出来

已经被观察到的黑洞，却找不到合适的理论来吻合它；有完美理论来描述它的黑洞，却至今没有被肯定地找到霍金的诸多理论，似乎也永远无法通过实验观察来加以验证 英国科学家霍尔丹曾说：“宇宙不仅仅是想象起来很神奇，而是比我们能够想象的还要神奇。”而黑洞可能又是神奇的宇宙中最为神秘的一种天体。 无论用何种方法，我们都无法直接观测、了解黑洞，或许也永远无法了解它的内部状况。 霍金在研究并向世人阐释黑洞。然而，霍金的思想、思维如同黑洞一样，让人难以捉摸——他用的是一种纯数学、纯理论的方法做研究，科学家很难用实验去观测和验证这些理论。 这就是有人认为他是爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家、但另有人却认为他即使在剑桥大学自己所在的院系都不是最优秀的科学家的原因所在。 谜一样的黑洞 中国原国家天文台研究员李竞(现已退休)说，人类和天文学家对于黑洞的了解非常不够，甚至至今没有给它一个确切的科学名字，它的名字black hole(黑洞)，这是一个口语词汇，根本算不上科学术语。 但对于黑洞，早在拉普拉斯(1749-1827，法国著名数学家和天文学家)时代就有理论。拉普拉斯根据经典的牛顿力学预言，只要天体的空间足够小，引力足够大，光线和其它一切物质就不能从中逃逸。 天文学家在上世纪60年代，花了很大的工夫，演算出了非常好、甚至可以说是完美的一套黑洞理论：当一个原始天体燃尽它所有的燃料后将发生坍缩，这就是超级星爆发。爆发时它将损失相当多的能量和质量，但只要最后剩下的质量超过个太阳质量(稍微小一点就变成中子星，再小就成了白矮星)，它最后的引力坍缩就是收不住的，在1秒的时间内，它会变成比地球铁核还小的超高密度天体。这就形成了黑洞。这样形成的天体被称为恒星质量黑洞，也就是大家平时所说并在科幻小说、科幻电影里出现的黑洞。 由于引力太大，连光都不能从它表面逃逸，黑洞不能被人类直接观测到。但随着理论物理和探测手段的进展，人们可以借助观测和看不见的天体相伴的另一个天体的运转情况(两个天体相互运转组成双天体)，从而得出其质量。 然而，到今天为止，恒星世界中那些看不见的天体没有一个被100%地证明就是黑洞。 1994年，天文学家在星系中心发现了超大质量黑洞，并算出它体积很小，质量却极大。“由于几个不同的天文学家小组，从低级望远镜到哈勃空间望远镜，都探测到了，宇宙中有这样超大质量的黑洞就成了板上钉钉的事情。”李竞说。 恒星质量黑洞虽有经典理论，在观察验证上却没到盖棺定论的地步；星系中的超大质量黑洞被观察确证，但它是怎么来的，没有一个完整的理论解释。二者正是现在科学家努力的方向。 “不可验证”的霍金 恒星质量黑洞理论跟霍金毫无关系。霍金提出了另外一个黑洞学说，他认为宇宙中有无处不在的微型(Mini)黑洞，黄豆大小，与木星差不多的质量，宇宙起源的时候，这种东西无处不在。 对于Mini黑洞，霍金赋予了其漂亮的理论。但天文学家少有顾及，因为它完全无法观察研究，霍金也没有提出如何去验证的方法，而科学家对一种理论最关心的是它能否被验证——这也是霍金迄今与诺贝尔奖无缘的主要原因。 不可验证的黑洞理论之外，霍金还提出了他的宇宙模型，给出了11维空间，认为要描述宇宙，X、Y、Z和T(时间)4个未知数是不够的，要加到11个未知数之后，才能够解释宇宙的很多结构。 这些“维”同样是天文学家无法探测的。 李竞介绍，在宇宙起源学说领域，现在最热门的是宇宙极早期时候的研究，包括那时控制宇宙、左右宇宙的物质规律是什么等等，而霍金探讨的问题甚至比这个更超前。 “有了早期宇宙的成熟模型以后，才能谈到霍金所提到的宇宙大爆炸之前的问题。现在连0秒之后的瞬间都还摸不清，怎么能谈更以前的？”国家天文台专家赵复垣曾经翻译《霍金的宇宙》，他也表示，虽然他翻译了全书，但对里面的理论还是不懂——实际上，许多研究广义相对论的专家都表示看不懂。 但李竞和中科院理论物理研究所教授蔡荣根都认为，霍金用纯数学方法做物理学的模型研究，这种“理论在先”的研究方法本身无可厚非。比如激光，就是先有了理论，然后用实验制造出来。爱因斯坦的理论当中也有很多预言，是后来被人类验证的。 “预言被观测证实，这样的理论就被证明是真正的好理论。问题是霍金的理论现在还没有给出明晰的、可以让人去寻找的东西。”李竞说。-

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2018年，引力波天文台LIGO宣布，他们探测到了有史以来观测到的最远、质量最大的时空涟漪源:由一对黑洞在深空碰撞引发的波。直到2015年，我们才能够观察到这些无形的天体，它们只能通过引力来探测。我们寻找这些神秘物体的 历史 可以追溯到18世纪，但关键阶段发生在人类 历史 上一个相当黑暗的时期—第二次世界大战。18世纪，自然哲学家约翰·米歇尔(John Michell)和后来的皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)首先提出了一种可以捕获光，从而使宇宙其他部分看不见的物体的概念。他们利用牛顿引力定律来计算光粒子从物体中逃逸的速度，预测恒星的存在，这些恒星的密度大到光都无法逃逸。米歇尔称它们为“暗星”。但是在1801年发现光以波的形式存在之后，人们就不清楚光会如何受到牛顿引力场的影响，所以暗星的想法就被抛弃了。人们花了大约115年的时间才理解波形式的光在引力场的影响下是如何运动的，阿尔伯特·爱因斯坦1915年的广义相对论，以及卡尔·史瓦西一年后对这个问题的解答。史瓦西也预言了一个物体的临界周长的存在，超过这个临界周长光将无法穿过:史瓦西半径。这个想法和米歇尔的相似，但现在这个关键的周长被理解为一个不可逾越的障碍。直到1933年，乔治•勒梅特才证明，这种不可穿透性只是一个遥远的观察者会产生的幻觉。利用现在著名的爱丽丝和鲍勃的插图，物理学家假设，如果当爱丽丝跳进黑洞时鲍勃站着不动，鲍勃会看到爱丽丝的图像在到达史瓦西半径之前变慢直到冻结。Lemaitre还指出，在现实中，爱丽丝会跨越这个障碍:鲍勃和爱丽丝只是体验到事件的不同而已。尽管有这个理论，当时还没有已知的这么大的物体，甚至没有接近黑洞的物体。所以没有人相信像米歇尔假设的那样存在类似于暗星的东西。事实上，没有人敢认真对待这种可能性。直到第二次世界大战。1939年9月1日，纳粹德国军队入侵波兰，引发了一场永远改变了世界 历史 的战争。值得注意的是，就在同一天，第一篇关于黑洞的学术论文发表了。两位美国物理学家J罗伯特奥本海默(J Robert Oppenheimer)和哈特兰斯奈德(Hartland Snyder)撰写了一篇关于引力持续收缩的文章，现在广受好评。这篇文章是黑洞 历史 上的一个关键点。当你考虑到第二次世界大战的其他部分在黑洞理论发展中的中心地位时，这个时间似乎特别奇怪。这是奥本海默的第三篇也是最后一篇天体物理学论文。在这篇文章中，他和斯奈德预测了恒星在自身引力场的影响下会持续收缩，从而形成一个具有强大吸引力的天体，甚至连光都无法从它身上逃脱。这是现代黑洞概念的第一个版本，黑洞是一种质量如此之大的天体，只能通过其引力来探测。在1939年，这仍然是一个难以置信的奇怪想法。20年后，这个概念才发展到足以让物理学家开始接受奥本海默所描述的持续收缩的结果。第二次世界大战本身在它的发展中发挥了关键作用，因为美国政府投资研究原子弹。当然，奥本海默不仅仅是黑洞 历史 上的一个重要人物。后来，他成为曼哈顿计划(Manhattan Project)的负责人，这个研究中心后来发展出了原子武器。政治家们明白投资科学以带来军事优势的重要性。因此，在战争相关的革命性物理研究、核物理和新技术的开发等方面，得到了广泛的投资。各种各样的物理学家都致力于这类研究，其直接结果是，宇宙学和天体物理学领域几乎被遗忘，包括奥本海默的论文。尽管大规模天文学研究失去了10年的时间，物理学作为一个整体却因为战争而繁荣起来！事实上，军事物理学最终扩大了天文学，美国把战争作为现代物理学的中心。博士的数量直线上升，建立了博士后教育的新传统。战争结束时，对宇宙的研究重新开始。一度被低估的广义相对论出现了复兴。战争改变了我们研究物理学的方式:最终，这使得宇宙学和广义相对论领域得到了应有的承认。这是接受和理解黑洞的基础。普林斯顿大学后来成为新一代相对论主义者的中心。正是在那里，核物理学家约翰·A·惠勒(John A Wheeler)第一次接触了广义相对论，并重新分析了奥本海默的工作。惠勒后来推广了“黑洞”这个名字。起初，他持怀疑态度，受到密切相对论者的影响，计算模拟和无线电技术在战争期间取得的新进展，使他成为奥本海默在1939年9月1日战争爆发那天所作预言的最狂热追随者。从那时起，新的性质和类型的黑洞被理论化和发现，但这一切直到2015年才达到顶峰。对黑洞双星系统中产生的引力波的测量是黑洞存在的第一个具体证明。

黑洞的视界是指黑洞的封闭边界，边界以外所有的物质包括光线和辐射都可以被吸进边界内部去，但边界里面的东西却不能出来。而且这也是在进入黑洞前所能传递信息的临界点，在这个边界内部发生的事情，在边界外部都无法观测到。而科学家通常说的黑洞的大小，其实就是指黑洞视界界面的大小。

当一个事物接近视界时，随着黑洞的引力扭曲事物本身发出的光，目击者会看到该事物变红和变暗，到了视界之后，事物将会逐渐消失至不可见的状态。在视界内，人们会发现黑洞的奇点，此前的研究认为，黑洞的所有质量都坍缩到这个密度无限大的奇点中，这也意味着奇点周围的空间和时间结构也弯曲到一个无限的程度，所以在奇点附近，我们现在所知的物理定律完全无用武之地。

视界的直径大小取决于黑洞的质量，而黑洞的引力大小取决于跟黑洞之间的距离，离黑洞越近，引力就越大，但因黑洞的质量也会对引力大小有影响。黑洞通常是旋转的，导致旋转黑洞的视界呈椭圆形，在两极出现扁扁的挤压，在赤道处出现膨胀。

旋转黑洞的视界分为外视界和内视界。这样一个黑洞的外部视界就是一个临界点，就像一个非旋转黑洞的视界一样;而旋转黑洞的内部视界，原因就不再必然先于结果，过去也不再必然决定未来。在非旋转黑洞中，内视界和外视界重合。

看时间简史的第6章!