2+1维荷电蒸发黑洞的Hawking辐射

起因于Hawking辐射的黑洞量子力学不稳定性的发现是近20年来量子场论中的最重要进展之一.这个重要的理论发现,不仅解决了黑洞热力学中存在的矛盾,而且深入地揭示了量子力学、热力学和引力论之间的内在联系.由于蒸发和吸积等物理过程,宇宙中黑洞必然是随时间变化的.因此深入研究这类黑洞的Hawking辐射,显然对于人们完整认识黑洞这种暗天体是有着重要意义的低维引力理论研究是理论物理中近几年来的一个热门课题,它对于量子引力理论研究有着重要的意义,相应的低维黑洞研究也日趋活跃.在文献[9,10]中分别对1+1维和2+1     

黑洞信息丢失之谜

量子力学要求封闭系统必须遵循幺正演化,即封闭系统演化信息守恒。黑洞信息丢失问题与量子力学幺正性产生了冲突,暗示了量子理论可能无法正确地描述引力。文章介绍了黑洞信息丢失问题的来源,以及可能的解决方法。     

关联与黑洞信息丢失问题

霍金计算发现黑洞会发出热辐射.由于热辐射之间不存在关联,因此辐射粒子无法将信息携带出黑洞,伴随着霍金辐射,黑洞内部的物质信息逐渐丢失.量子力学幺正性要求信息守恒,黑洞信息丢失与量子力学幺正性存在明确的冲突,此即黑洞信息丢失之谜.霍金辐射之间是否存在关联是解决黑洞信息丢失问题的关键.霍金最初的计算中没有考虑辐射粒子的反冲,得到的辐射谱为纯热谱.后来, Parikh和Wilczek的计算表明,如果计入辐射粒子的反冲,则辐射谱可能会轻微地偏离热谱.本文首先介绍了Parikh和Wilczek使用包含辐射粒子反冲的量子隧穿方法得到的非热谱.其次,介绍了张保成等人在非热谱基础上证明黑洞辐射粒子之间存在关联,并且黑洞辐射过程信息守恒的工作.最后,介绍了黑洞辐射之间如何产生关联的一种可能的物理机制,黑洞辐射粒子之间的引力关联可以携带信息,使得黑洞辐射过程中信息守恒.     

量子纠缠与时空结构

众所周知，自然界中存在着四种基本相互作用，分别为强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用与引力相互作用。然而，前三者可以在量子力学的框架下自洽，只有特殊的引力相互作用尚未与其他相互作用统一。因此，追求引力的量子化是现代物理学最迫切和首要的目标。物理学家们发现，可以利用量子场论的方法来研究引力理论。在这过程中，我们发现量子纠缠、几何以及时空定域性之间的关系，这似乎暗示了通往量子引力的研究方向。通过量子纠缠，我们希望进一步探索量子引力领域，为引力的量子化找到一个突破口，从而发现时空的本质。文章简要回顾量子纠缠熵的历史发展，并讨论纠缠熵与几何之间的关系。     

封面说明

正霍金预言黑洞能像普通黑体一样发出热辐射,引发了黑洞信息丢失之谜.黑洞信息丢失之谜反映了引力理论和量子理论之间的潜在冲突,引起了物理学家们的广泛关注.霍金辐射之间是否存在关联是解决黑洞信息丢失问题的关键.在量子隧穿图像下,计入辐射粒子反冲,可证明辐射谱为非热谱.而非热谱表明黑洞辐射粒子之间存在关联,使得黑洞辐射过程信息守恒.为了进一步研究黑洞辐射之间关联的原因,何东山和蔡庆宇给出了     

黑洞附近的粒子生成

黑洞是从理论上推断其存在的一种奇异天体,其引力强大到任何物质包括光在内只要进入其范围就不能再脱离。黑洞不会发光,不可能直接观察到,但从理论上推断在其附近发生的量子力学过程,将引起粒子的自发生成,则可由观测来验证。黑洞的研究不仅是宇宙演化上的问题,也是对有关理论物理问题的探究与检验。下面介绍的两篇文章,一篇是从理论上探究黑洞,另一篇是从观察到的现象来推测是否黑洞。     

黑洞热力学

黑洞物理学是一门新兴学科.1970年以前,黑洞物理学主要研究黑洞的运动学和动力学.1970年起,霍金(S.W.Hawking)、贝肯斯坦(J.D.Bekenstein)等在黑洞物理学中引进热力学,不久,霍金等又在黑洞物理学中引进量子力学和量子场论.这些年来,由于许多人的大量而出色的工作,形成了黑洞热力学和黑洞量子力学这两个分支.黑洞热力学和黑洞量子力学是现代黑洞物理学的主要组成部分,它们的历史还不到十年.本文试图对黑洞热力学作一概要的介绍.     

银河系中心的黑洞群

<正>科学家们预测在银河系中心存在数以万计的黑洞,这些黑洞的存在可能会对天体物理学产生深远的影响……长期以来,天文学家预测在银河系的中心潜藏着一群黑洞。如今,他们第一次发现了这些黑洞。科学家们了解到,在星系中心有一个质量超大的黑洞,它比太阳大数百万倍,周围簇拥着质量不等的较小黑洞。在巨大引力的作用下,普通恒星及其塌缩后产生的残骸——中子星和白矮星等     

黑洞与黑洞“不黑”

18世纪末,随着物理学和天文学的发展,科学家们从理论上提出了黑洞概念。黑洞立刻显示出巨大魅力,历经大约两个世纪,人们对它的兴趣始终不减。这里,我们主要对黑洞"黑"与"不黑"方面的物理内涵及存在黑洞的有关证据做进一步的探讨。一、黑洞的概念1783年,英国一位业余天文爱好者迈克尔给卡文迪许写了一封信。在信中,他根据牛顿引力推测:一个直径比太阳大500倍,密度和太阳一样的球体,其逃逸速度可能超过光速,这可能     

黑洞信息佯谬：落入黑洞的信息丢失了吗？

黑洞信息佯谬自提出至今已困扰理论物理学家近50年。揭秘黑洞信息佯谬是研究量子引力理论的一个重要途径。最近,物理学家在半经典引力理论下给出了黑洞蒸发过程的佩奇曲线,这表明在黑洞蒸发过程中确实释放了信息,从而证实无任何的信息丢失,这也宣告着黑洞信息问题的解决。文章以时间顺序来介绍黑洞信息佯谬研究的历史和现状。     

对量子引力理论的检验

多年来，物理学家们一直探索用同一种理论描述自然界的4种基本力（引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用）。在这4种力中，只有引力尚缺量子力学的描述，各种量子引力学说都在试图提供这种描述，但检验这些理论的预见是否正确需要极高的能量，远远超过世界上正在运行中的和计划建造的粒子加速器所能提供的能量。     

黑洞不黑? 霍金再发新声音

正2014年,史蒂芬·霍金指出黑洞并非像很多人想象的那样,是万物"永恒的牢狱",数据或信息是有可能从中逃脱的。不久前,在一篇最新发表的文章中,霍金进一步扩展了这项理论。量子力学原理要求信息是不能被消灭的,然而按照我们目前对黑洞的理解,物体一旦落入黑洞,其包含的信息便将全部消失,这是不符合量子力学原理的。在过     

揭秘银河系中心的超级黑洞

黑洞是什么？有人称，黑洞是“用神秘包裹起来的谜中谜”。其实，黑洞就是天体爆炸后的残留物，如此命名是因为即使光也无法逃脱其引力。现在，天文学家已经知道黑洞遍布整个宇宙，而且还在包括我们所处的银河系在内的各星系中心发现了最大的黑洞——超大质量黑洞。这些“超级黑洞”的质量超过太阳质量10亿倍甚至更多。     

27亿光年外超大质量黑洞吞噬红巨星

美国宇航局观测到一个超大质量黑洞吞噬一颗红巨星的情景。这个超大质量黑洞潜伏在一个距地球27亿光年的星系中央。由于距离黑洞过近，不幸的红巨星被黑洞的巨大引力撕裂，最后走向死亡。这是科学家第一次观测到红巨星正在被黑洞吞噬的情景。     

太空突破:人类捕获首张黑洞照片

<正>天文学家捕获首张黑洞照片,开启了人类对宇宙中最神秘天体的一场认知革命。照片显示了一个由尘埃和气体构成的光环,勾勒出了一个巨大黑洞的轮廓,这个黑洞位于距离地球5 500万光年外的大质量星系M87中心。什么是黑洞?100多年前,爱因斯坦提出广义相对论,把引力视为由物质和能量造成的时空弯曲,最早预言了黑洞的存在。     

银河系中央发现能量来自超级黑洞的巨大气泡

“黑洞”一直以来都非常吸引科学家及民众的研究和关注，在人们的认识中，“黑洞”的引力如此强大，就连光也不能逃脱出来。而美国天文学家日前宣布了一条消息，他们发现银河系中央分离出两个巨大的“气泡”，其中包含巨大能量，这些能量可能就来自银河系中心产生的超级黑洞。     

自然信息

向证实黑洞的存在又前进了一步最近,加利福尼亚大学的一个研究小组提出了关于存在黑洞的新的有力证据。他们所收集到的证据排除了其他的可能性,使黑洞成为几乎是唯一可能的解释。科学家们指出,如果双星系统的一个成员是黑洞,它产生的巨大引力可以把它的伴星的气体吸引过来,并加速到极高的速度,从而发出X射线,这种X射线可能是证实黑     

关于霍金的记忆

正史蒂芬·霍金的昔日同事们撰文回忆这位重要的宇宙学家,他的影响力早已超越了物理学界。霍金于1942年1月8日出生于英国牛津,先后在牛津大学学习物理学、在剑桥大学学习天体物理学。霍金的很多研究工作是研究广义相对论和量子力学之间的相互影响。1974年,他推导出他最著名的研究成果之一:黑洞的事件视界附近的量子效应将会导致黑洞发出黑体辐射。他1988年出版的科普著作《时间简史》,至今仍是向公众普及现代宇宙学最为成功的尝试之     

撩开黑洞的面纱

天文学家察觉到宇宙间存在着黑洞，这些引人入胜的物体位置在许多星系（包括我们的银河系）的中心。研究者们为了推断它们的存在，必须依靠两种间接的论证路线。首先，在靠近星系中心，恒星运动得极快，以致除有一种巨大质量——大到相当于10亿个太阳——的引力拉住它们，否则它们就会飞走。具有如此大质量的东西，一定是极其紧密的，理论家认为除了黑洞别无选择。其次，许多星系中心和双星系统以极大的速率喷涌出辐射和物质，它们一定包含着一种产生能量的非常高效的机构。理论上说，最高效的可能机器就是黑洞。黑洞之所以成为如此高效的机…     

黑洞——宇宙的老饕

黑洞具有许多奇异的特性。假如有种魔法,让你乘坐宇宙飞船进入黑洞,那么,在黑船接近黑洞时,时间将会变慢,船体则将被拉伸变长。接着,飞船在被黑洞吞没之前被强大的引力撕得粉碎,当然,你也在劫难逃。这个引力有多大呢?科学家推算出,对一个质量与太阳相当大的黑洞来说,一个70千克重的人在进入黑洞底部的途中,要承受相当于地球引力10倍的巨大压力。在这种压力下,任何物体都将粉身碎骨,被最终被抛入奇点。在奇点位置,现有的科学定律都不再发挥作用。浩瀚而神秘的宇宙,处处充满着新奇和怪诞。你可曾想过,在整个宇宙上千亿个星系中,几乎每一个星系…