圈量子引力追踪黑洞演化。我们对于黑洞物理的诸多方面一无所知,这是因为在黑洞的中心及黑洞的未来量子现象占主导。为计入量子效应,需要一个关于引力的量子理论,可对黑洞的量子行为进行计算。随着黑洞中心演化,它的外表面(视界)由于发射辐射而缓慢地收缩,这种收缩直到达到普朗克长度(量子引力的特征尺度)或略早一些时,在视界处发生量子跃迁(量子隧穿)将黑洞的视界转变成白洞的视界。我们对黑洞的量子物理的了解仅是开始。
用圈量子引力理论追踪黑洞演化。利用圈量子引力理论,Ashtekar, Olmedo和Singh预测黑洞会演变为白洞。随着黑洞中心的演化,它的外表面(视界)会因为释放辐射而缓慢缩小——这种现象是由史蒂芬霍金首次描述,这种收缩会持续到黑洞视界到达普朗克尺度(Planck size)(量子引力的特征尺度)或更早,在这一程度上,量子跃迁(“量子隧穿”)发生在黑洞视界中并把它转变为白洞视界(图二)。
在此基础上, C. Rovelli 和 Smolin 提出把这种 Wilson loop 作为量子引力的基本态, 从而形成了现代量子引力理论的一个重要方案: Loop Quantum Gravity。从量子引力的角度来看, Loop Quantum Gravity 是正则量子化方案的发展, 而超弦理论则通常被视为是协变量子化方案的发展。因此尽管超弦理论本身的起源与量子引力中的协变量子化方案无关, 但它的形式体系在量子引力领域中通常被视为是协变量子化方案的发展。
追溯空间与时间的原点 《自然》聚焦应对物理学终极挑战四大法宝。如此激进地对现实进行概念重建,是解释黑洞中心无限致密的“奇点”扭曲了时空结构,以及研究人员如何统一原子级的量子理论与星球级的广义相对论的唯一方法。圈量子引力理论 即使上述设想是正确的,但热力学理论并没有告知我们空间和时间的基本成分是什么。究其原因,就是一百多年来,相对论重新把物理学引入黑暗,量子理论也跟着添乱,把物理学搅得天昏地暗。
但是有一点又是跟平常所见的量子隧道效应大不相同的:之前,发生隧道效应的都是实物粒子,但是在黑洞的剧情中,发生隧道效应的是黑洞内部的时空结构——时空本身发生量子隧道效应,整个时空像袋子一样,里子朝外翻了。但霍金考虑了在黑洞视界附近发生的量子效应(正反粒子的产生及湮灭)之后,认为黑洞会通过霍金辐射蒸发,这就让黑洞有了一个寿命。现在,黑洞又可以通过“量子隧道效应”变成白洞,这又给了黑洞一个寿命。
虫洞、黑洞、时间旅行、引力波,对于许多人而言,这些令人浮想联翩的概念,似乎只存在于文学和科幻小说作品之中,但它们其实是科学家热衷于研究的对象。基普·索恩在腾讯WE大会分享关于虫洞、黑洞、时间旅行和引力波的故事。除了这些恒星质量的黑洞,科学家认为在大部分星系的中心都包含着一个质量为太阳数百万甚至是数十亿倍超大质量黑洞,例如在银河系的中心,就有一个质量为400万倍太阳质量的黑洞。
爱因斯坦的广义相对论将时空与引力作用联系起来,预言了黑洞的存在,后来的研究表明,黑洞是由质量足够大的恒星死亡所产生的。我们甚至不能拍摄黑洞内发生的任何事情,因为光不能逃离黑洞的巨大引力,照相机就什么也拍不到。黑洞潮汐撕裂恒星事件的想象图。美国路易斯安那州立大学的豪尔赫·普林等研究者将圈量子引力论应用于黑洞,发现引力会朝着黑洞核心的方向增加,但会减少并撞开进入宇宙另一区域的任何物质。
每个黑洞的结局,都是时空反转、万物无法进入的白洞?一些天文学家认为,这样的“白洞”不仅存在,它们还是黑洞的未来——黑洞中的时空将在某个时刻反弹,转变为白洞。但它无法在黑洞中反弹:黑洞内的物质只能向下运动,这就是神奇所在:量子引力让整个黑洞中的几何时空反弹。这些黑洞都太过年轻,体积也太大,不可能已经隧穿到白洞——大的黑洞寿命更长。如果黑洞的寿命很长,那么只有小型原初黑洞已经变成白洞。
但这就是神奇之处:量子引力允许黑洞的整个时空几何结构反弹,也就是说,继续穿过黑洞的中心点,进入一个单独的、新的时空区域,在这个区域,不仅物质,而且整个时空都在反弹。要做到这一点,应该有一段时间,事件视界从黑洞的事件视界转变为白洞的事件视界。它不是按照经典的广义相对论方程式演化,而是突然从黑洞视界隧穿到白洞视界。我们看到的黑洞有着数百万年的历史,因此一个大黑洞需要很长的时间才能通过隧穿进入白洞。
【2】卡洛.罗威利:量子引力的主要人员有久治.普林(Jorge Pullin)—协助开发循环量子引力理论的物理学家;《循环、结、规范理论与量子引力》共同作者。李.施莫林(Lee Smolin)—循环量子引力理论创建者...【4】事件视界:事件视界是从黑洞中发出的光所能到达的最远距离,也就是黑洞最外层的边界。当有物质落到黑洞中,或两个黑洞相撞并合并成一个黑洞时,新黑洞的" 事件视界" 面积将大于或等于原先黑洞" 事件视界" 面积的总和。
此前进行的研究认为黑洞和白洞相互关联,物质和能量被黑洞吞噬,最后从藏身于宇宙其它角落或者另一个宇宙的白洞吐出。在2014年的研究中,罗维利的团队认为由于时空不可能被压进比量子还小的物质,一旦黑洞蒸发到不能继续萎缩的程度,垂死的黑洞便会反弹,演化成白洞。据信,黑洞由大质量黑洞发生猛烈的超新星爆炸后形成。“它们并不像黑洞一样吞噬物质。”如果一个黑洞遭遇一个白洞,结果将是一个更大的黑洞。
这篇论文把量子物理学和广义相对论的矛盾集中在了黑洞的边界——视界(Event Horizon)上,这让这场震动了整个物理学界的争论有了一点坐而论道的意味:没有任何人可以接近黑洞,或是真正在黑洞的边缘进行实验,但是这些全人类最优秀的头脑却在思考一对在黑洞的视界边缘、状态紧密的相关粒子,如果当其中之一进入了黑洞,会发生什么情况。
霍金与黑洞 霍金与黑洞。因此,根据广义相对论,我们可以如此表述黑洞的数学模型:黑洞是一个质量密度无穷大的奇点,被一个半径等于史瓦西半径的事件视界围绕着,如图3中的左图所示。广义相对论不仅能计算出黑洞的事件视界,还预言了在黑洞的事件视界之内,时空的种种奇怪性质。史蒂芬?霍金则提出黑洞也有辐射,即霍金辐射。因为处于视界边缘,很大的可能性,这两个粒子中的一个将掉入黑洞,另一个则表现为像是黑洞的辐射。
霍金预言:黑洞不存在霍金再次“语出惊人”,他宣称“黑洞不存在”。霍金认为,把量子效应考虑进去就会发现,黑洞并不存在那个有去无回的事件视界,不过黑洞还会存在一种边界,霍金把它称为“表观视界”。如果霍金的理论是正确的话,那么任何物体都可以从黑洞中逃逸,所以用“黑洞”描述这种引力巨大的时空区域就不恰当了,因为当初之所以用“黑洞”来命名,就是强调没有任何东西可以从这个区域内逃逸。
热时间假设预言观察者的本征时间与观察者的统计时间(即根据阿兰 孔涅和罗威利的思想所提出的时间)的比值,就是观察者所测量到的在他周围的温度。【2】卡洛 罗威利:量子引力的主要人员有久治 普林(Jorge Pullin)—协助开发循环量子引力理论的物理学家;《循环、结、规范理论与量子引力》共同作者。当有物质落到黑洞中,或两个黑洞相撞并合并成一个黑洞时,新黑洞的" 事件视界" 面积将大于或等于原先黑洞" 事件视界" 面积的总和。
制造黑洞制造黑洞时间:2007-03-13 17:56 来源:《环球科学》2006年第01期 利用声与光的相似,科学家们模拟出一个"声学黑洞",试图解开宇宙之谜:我们所生活在其中的时空,是否根本就是一种流体?但在黑洞周围的弯曲时空中,虚光子对中的一颗,可能会陷入视界内部,而另一个会滞留在视界之外。重要的是,在非常靠近黑洞视界的空间,还保持着近乎完美的量子真空――当我们把流体和黑洞进行类比时,这将变得至关重要。
掉入黑洞=撞上火墙?黑洞信息悖论就此诞生。“你应该会在大型强子对撞机里看到黑洞,也应该会在费米实验室里看到黑洞,还应该在上世纪30年代那些房间那么大的粒子加速器里看到黑洞,”美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论学家唐·马罗夫(Don Marolf)说,“甚至当你在草地上跳来跳去时,你也应该看到黑洞才对。”马罗夫说:“如果整个黑洞视界变成了这样一道火墙,截断了黑洞的内部,那么黑洞的内部或许就根本不存在了。”
互联网就是好,以下是我在爱知识网搜索到的关于黑洞的描述: 对于将宇宙想像成为床单那段比喻实在是生动的描述了黑洞. 但这只是由我们站在三维空间的角度观察而把宇宙和黑洞放到二维的角度来表现,所以黑洞就是一个洞. 如果把黑洞上升回三维空间的话那应该就是个球体. 如果该理论假设是成立的, 那么黑洞周围的宇宙空间则必然发生扭曲. 假设我们能从四维的角度来观察的话, 黑洞内壁应该是我们的宇宙空间, 而黑洞底部应该是中子星.
黑洞内部不仅是宇宙中一个无法触及的区域。大部分物理学家都相当确定,要对黑洞内部进行描述,我们需要的是量子引力学——这是一种将量子物理和广义相对论统一起来的理论——或者可能是我们当前引力模型的某种修订版。既然这些粒子的质量是由黑洞的能量(E = mc^2)产生的,那么每当一个粒子逃逸,黑洞的质量就会减少一点。观察这类黑洞的消亡,可能有助于我们最终获知黑洞内的信息是否确实丢失,还是被视界藏在什么地方。
史蒂芬·霍金:黑洞并不存在史蒂芬·霍金:黑洞并不存在。在一篇搁到网上的文章里,这位来自英国剑桥大学的物理学家、现代黑洞理论的创始人,要求终结“事件视界”这个概念——按原来的理论,这是黑洞的边界,越过它,则包括光在内的任何事物都无法逃脱。在广义相对论中,对于一个不变的黑洞,这两个视界是等同的,因为在黑洞里,试图逃脱的光线至多只会无穷接近事件视界,被挡在那里,如同在一个跑步机上徒劳地奔跑。
雅各布·贝肯斯坦和黑洞。正如爱丁顿所担忧的,雅各布·贝肯斯坦发现,当时我们对黑洞的描述和热力学第二定律是冲突的。在过去的40年,一些理论物理学里最重要的观点都是基于贝肯斯坦深刻的洞见,比如霍金辐射、黑洞信息悖论、全息原理和持续不断争论中的黑洞火墙悖论。贝肯斯坦已经为我们埋下了种子,而这颗种子可能是我们解决量子力学和广义相对论之间矛盾的关键,进而得到完整的量子引力理论,为理论物理学开启一个新的篇章。
霍金在他这次惊世骇俗的主张当中,以温和得多的“表观视界”(apparent horizon)代替了事件视界。霍金提出了“表观视界”来替代事件视界,这个概念指的是试图逃离黑洞核心的光线被禁锢之处。根据广义相对论,对稳定的黑洞来说,这两个视界是相同的,因为试图从黑洞内部逃脱的光线抵达事件视界之后便再无前途,就如同被困在了跑步机上。如果黑洞吞下了更多物质,事件视界便会膨胀,超过表观视界。
黑洞:宇宙中的超级垃圾桶 | CosmoScape | 星空天文网。弦理论学家维贾伊·巴拉萨布拉曼尼恩(Vijay Balasubramanian)一直在致力于研究宇宙中的超级垃圾桶:黑洞。在视界附近,这对粒子中的一个会坠入黑洞,而另一个就会进入外界宇宙,所以黑洞看上去就像是在产生辐射一样。通过数学计算他们发现,3维宇宙中存在一种特殊级别的黑洞,它们仅由引力支配,相当于一个不存在引力但所有粒子和场都遵循量子力学法则的2维宇宙。
1973年,他天才地将量子力学用于黑洞(经典广义相对论中的概念),证明了黑洞会辐射粒子,即所谓的霍金辐射,因此黑洞质量不断减小,会导致黑洞蒸发。霍金得到的霍金辐射温度反比于黑洞质量,系数由光速、万有引力常数和普朗克常数组成。可以由此得到贝肯斯坦-霍金黑洞熵公式,表明黑洞熵正比于视界面积,系数除了1/4外,是玻尔兹曼常数除以普朗克长度的平方,普朗克长度由光速、万有引力常数和普朗克常数组成。
霍金解决了黑洞悖论?8月25日,霍金在斯德哥尔摩瑞典皇家理工学院(KTH Royal Institute of Technology)做报告时,提出了一种对信息丢失悖论可能的解释,即给黑洞“植发”的方法:“我认为信息并非像人们预料的那样储存在黑洞内部,而是储存于它的边界,也就是事件视界(the event horizon)。”他说。要想知道关于黑洞信息悖论和黑洞火墙的更多事情,可以参阅《环球科学》2015年5月刊《黑洞火墙:量子力学和相对论的冲突现场》
一文读懂史蒂芬·霍金:先后发表黑洞理论、奇性定理等巨著【腾讯科技综合报道】据多家外媒报道,著名天体物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)去世,享年76岁。霍金做出过很多重要贡献,最主要的是他与罗杰·彭罗斯共同合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理,以及他关于黑洞会发射辐射的理论性预测(现称为霍金辐射)。三、霍金的成就霍金的成就很多,其中几个著名的理论有几个。
黑洞到底隐藏了什么秘密,吸引力这么强。黑洞是一种并不算稀少的天体,它吸收一切东西,而且是有去无回,就算是一颗恒星接近黑洞,也会被黑洞的引力给撕碎,吸收进去。霍金曾经在《时间简史》这本书里提出过一个理论,说黑洞有一个特性叫做“霍金蒸发”,意思是说,黑洞不是只会吸收外界的物质的,也会逐渐的向外辐射粒子,那既然有辐射,黑洞就会逐渐变小、消失,但即使整个黑洞都蒸发掉,它曾经吸收的那些信息也找不回来了。
黑洞火墙的 “火” 是什么样的火?它知道,在它的时间线上,老鼠还没有真正掉进黑洞视界(Mandelbrot:黑洞真的是吞噬了物体吗?“黑洞强大的引力能够撕裂这个这个粒子对。结果,一个带着正能量的粒子挣脱了引力,逃离了黑洞。而另一个带着负能量的粒子却掉进了黑洞。这样,黑洞不断吸收负能量粒子,质量不断减小。质量小到一定程度的时候,它就会在一场爆炸中烟消云散。”老者尽力选择最简单的语言解释了霍金辐射和黑洞蒸发理论。