永恒的黑暗

正在《黑洞生存指南》(Black Hole Survival Gude)一书中,天体物理学家扬娜·莱文(Janna Levin)把黑洞用作思想实验的"幻想舞台",鼓励读者从内心想象遭遇黑洞时的体验,让大众更好地理解有关黑洞的知识。黑洞几十年来一直未经证实,20世纪的一些伟大天才认为其荒谬、有害、无法接受,直到发现黑洞真实存在于星系的物理证据。     

黑洞理论的新进展

黑洞是一个超密天体,当大质量恒星耗尽其全部热核燃料后,便坍缩成黑洞.天文学家还认为,类星体的中心存在着几十亿个太阳质量的巨大黑洞,类星体是位于可观测宇宙的边界上的极亮天体.在星系(如我们银河系)的中心也同样存在着黑洞.理论物理工作者曾计算得:一个黑洞的特性可由质量、电荷和自     

原初密度扰动与原初黑洞

在宇宙早期形成的黑洞被称为原初黑洞.原初黑洞反映了宇宙早期的结构,研究原初黑洞将加深我们对早期宇宙演化规律的理解.同时,将有关原初黑洞的理论计算结果和相关观测数据进行比较,可以有效地对相关理论模型加以限制.因此原初黑洞在理论和观测两方面都具有重要的研究价值.形成原初黑洞的机制有多种,本文将主要介绍大幅度密度扰动产生原初黑洞的机制."Carr-Hawking"塌缩模型被相关文献广泛采用.该塌缩模型认为原初黑洞的质量近似等于塌缩区域进入视界时的视界质量.但是,近年的数值计算结果表明临界塌缩模型更加合理可靠.在临界塌缩模型中,原初黑洞的质量应由临界质量关系给出.本文首先介绍大幅度密度扰动塌缩形成原初黑洞的一些基本概念:原初黑洞的形成条件、原初黑洞的质量、形成时间及其寿命等;然后介绍原初黑洞丰度的计算以及如何从暴涨模型的结果计算原初黑洞的丰度.     

一种新的静态Manko黑洞和稳态Manko黑洞的热力学性质

为了更好地描述真实天体的引力场,Manko引入了两个具有任意多极矩的轴对称的Einstein场方程的精确解,其中一个是静态的,另一个是稳态的,它们都有视界,因此,它们代表了两个黑洞.但是,由于Manko黑洞的视界不是一个完整的光滑超曲面,其上存在着“洞”(裸奇点),所以,它们与Schwarzschild以及Kerr黑洞视界的拓扑结构(Euler示性数)不同.我们将通过对Manko黑洞视界温度的计算,阐明这类黑洞的热力学性质.文献[1]中给出了扁球坐标表示的静态轴对称、具有任意多极矩的Einstein场方程的解:     

已知最古老的隐身黑洞

<正>一个国际天文学家团队通过钱德拉X射线天文台(CXO)在早期宇宙中发现了一个黑洞,它被气体所覆盖,是迄今发现的距离最远的黑洞,诞生于大爆炸后8亿年,距今约130亿年。这是人们在早期宇宙中发现的首个被气体隐藏的黑洞。研究人员认为,诞生于宇宙早期的黑洞可能很多都很隐蔽,未被发现,对其进行深入研究有助于揭示黑洞的生长历程。     

科学之窗

科学之窗黑洞的形成美国弗吉尼亚大学的罗杰·谢韦莱（ＲｏｇｅｒＣｈｅｖａｌｉｅｒ）认为，黑洞的存在可能比我们的预料要多。他已经发现了一条新的产生黑洞的途径．按照传统的观念，只有当一颗比太阳质量大４０倍以上的星体萎缩并消亡后才有可能形成黑洞．由于这样的星...     

黑洞辐射信息丢失之谜

黑洞为大众所熟知与霍金的科普著作<时间简史>有密切关系,但是黑洞这个概念早在18世纪已被提出.当时光以有限速度传播已经为科学家们所熟知,由此米歇尔(J.Michell)和拉普拉斯(P.Laplace)分别独立提出了黑洞(当时叫做暗星、即dark star)的想法:一定存在这样的星体,在它里面连光线都无法逃逸.他们使用经典力学的方法计算出来了此种星体的半径,令人惊奇的是,这个值竟然和100多年后施瓦兹(K.Schwarzschild)由广义相对论计算得出的施瓦兹黑洞的半径完全一致[1].     

斯蒂芬·霍金的一段简历

许多被认为是爱因斯坦的继承人的科学家将永远同黑洞的研究联系起来在人们的心目中,斯蒂芬.霍金(stephen.ukg)的形象很容易辨认,他被困在轮椅上,不能讲话,只用两个手指操纵一台计算机和声音合成器与外界联系,这就是霍金留给人们的最初印象。多年来,大众和科学界都这样评价。他     

黑洞新图像表明存在巨型磁场

正事件视界望远镜的数据显示出M87星系黑洞附近发出的光的方向。事件视界望远镜拍摄到的M87星系黑洞新图像揭示了该黑洞周围旋转的物质所发射的光波的偏振(亮线)。这种偏振与黑洞的磁场有关天文学家首次发现了缠绕在黑洞周围的磁场。2021年3月24日,研究人员在《天体物理学快报》在线版发表的两项研究报告称,事件视界望远镜揭示了M87星系中心超大质量黑洞周围炽热的发光气体具有磁性。这些磁场被认为在黑洞如何吞噬物质并将强大的等离子体喷射到数千光年之外的太空中起着至关重要的作用。     

Blandford-Znajek效应对活动星系核中心黑洞热力学演化的影响

黑洞和普通热力学系统有许多相似之处,同样存在热力学四定律,但黑洞的热力学第三定律(即不可能通过有限的物理过程使黑洞的表面温度降为零)却被认为缺乏严格论证,对于一个普通热力学系统,由Nernst定理知道,系统温度T→0时,等温过程的熵变δS→0,S(T=0,y)为常数,与系统的状态参量y无关,而对转动的Kerr黑洞,其表面温度T→0时,S却与黑洞的状态参量有关,似乎总能通过有限步骤的等温、绝热等过程实现T=0,从而违反热力学第三定律,天体物理中Bardeen的薄盘吸积与Abramowicz和Lasota的厚盘吸积过程就是迄今认识到的黑洞热力学第三定律的两个难题.     

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.     

匀速直线运动的克尔-纽曼黑洞的吸积

天体的物质吸积一直是天体物理学家感兴趣的现象,人们也已经得到了若干黑洞吸积的精确解.本文研究了一个作匀速直线运动的克尔-纽曼黑洞的吸积问题,获得一个解析解.将参考系选为黑洞静止参考系,将物质流近似为理想流体且旋度为零,流的速度矢量hu_μ可以表达为一个势ψ的梯度.得到势ψ所满足的微分方程(ψ~(,a));_a=0在克尔-纽曼黑洞时空的具体形式.在两个边界条件(即无穷远处势ψ的表达式和粒子数n在外事件视界上的有限性)下求得势ψ的微分方程的解.利用此解计算速度矢量各分量nu_μ,发现一般情况下,吸积流是三维的,即是空间3个坐标(r,θ,ф)的函数,不具备球对称性和轴对称性.最后计算出物质吸积速率,此速率取决于黑洞基本参量质量、电荷和角动量.     

关于黑洞熵的物理意义的探讨

七十年代初,Bekenstein在黑洞物理学中引进了黑洞熵S_(BH)的概念。在Hawking发现了黑洞的“蒸发”现象后,黑洞熵作为黑洞热力学的基本概念得到了广义相对论工作者的     

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.     

双子黑洞的量子效应

Kasuya最近研究了含有磁单极或双子的引力场,得到Kerr-Newman型时空中的双子解(Kerr-Newman-Kasuya解)。此解可以描述含有四个参量(质量M,角动量J,电荷Q和磁荷φ)的黑洞,即,比Kerr-Newman黑洞更为一般的K-N-K黑洞(双子黑洞)。我们将指出,在考虑量子效应的情况下,这种黑洞也是热的,也要产生热辐射和非热辐射,甚至可以辐射磁单     

扭绞磁场使黑洞发射出喷流

据英国New Scientist，2004，183(2461)：14报道，位于星系中心的超大质量黑洞被天文学家认为是喷射出物质和能量汹涌喷流(jets)的源泉。最逼真的计算机模拟显示：当黑洞旋转时．将环绕着它的磁场扭绞得非常紧密．以至于当这种磁场松卷时就向空间喷吐出大量粒子达数十万光年之遥。天文学家们已探测到从数千个被称为强射电类星体在射电波段发射出的喷流，但对于被认为是由十亿倍太阳质量的黑洞提供能量的喷流如何形成的这一问题，天文学家尚未取得一致意见。     

人造黑洞会毁灭地球吗

还记得电影《蜘蛛侠》里面的那个章鱼博士吗?他制造了一个大火球,周围的物质源源不断地被吸入这个火球内,结果引发了全城性的灾难。要不是蜘蛛侠把这个火球扔进河里降温,它甚至可能毁灭地球。这个骇人的大火球实际就是一个人造黑洞。最近,有美国科学家预言,一些高能物理学家正在进行的人造黑洞研究可能毁灭地球。美国物理学教授已经制造出微型黑洞据英国《卫报》报道,美国布朗大学一位物理学教授霍拉蒂·纳斯塔西日前通过实验在地球上制造出了一个人造黑洞。虽然这个黑洞体积很小,却具备真正黑洞的许多特点。我们或许会根据表面的意思认为“…     

霍金这一次要把骰子掷向何方?

2004年7月21日对于众多的黑洞物理学家来说是一个重要的日子。在爱尔兰都柏林举行的第17届国际广义相对论和引力大会上,坐在轮椅上的霍金,用他著名的、带有金属混响的人工合成声音庄严地宣称:“我想报告的是我已经解决了理论物理中的一个主要问题。”霍金用这句话做开场白,侃侃而谈,详尽地讲述了他关于黑洞     

两个schwarzschild黑洞场迭加对视界固有面积的影响

前文(科学通报,28(1983),12:716)讨论了两个Schwarzschild黑洞场迭加的时空结构,并得出了视界面积可以减少的结论。本通讯计算了视界固有面积并得到了相同的结论。 设有两个分别位于Weyl坐标系ρ=0,z=0与ρ=0,z=Z的Schwarzschild黑洞m_1和m_2。根     

霍金提出新的黑洞理论

牛津大学著名物理学家史蒂芬·霍金2004年7月21日当众认输,推翻他1975年赖以成名的黑洞理论,承认黑洞并非可怕的物质“终结者”,由崩溃的星球形成的黑洞其实不会吞噬和消灭一切物质,而会保留被吞噬物体的细微痕迹,最后以残破的形式“吐”出来。霍金逢“赌”必输1997年,霍金同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌时坚持自己的“黑洞悖论”,黑洞会摧毁它们吞噬的一切信息,后者则认为黑洞不可能使其内部物质的信息丧失,赌注则是一本《棒球百科全书》。霍金于2004年7月21日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛,并送给普雷斯基尔一套棒球百科全书…