黑洞简史:(四)黄金时代2:20世纪70年代的突破 不指定

positron , 2012/08/27 21:04 , 黑洞 , 评论(0) , 阅读(1821) , Via 本站原创 | |

20世纪60年 代末,至少已经有相当一部分物理学家相信黑洞的存在,对黑洞的研究也深入了很多,研究者从几何和物理学角度澄清了黑洞的许多性质。不过,当时对黑洞的研究基本上是基于广义相对论的讨论,基本上不涉及物理学的其他方向,如热力学、量子场论等。另外,当时对黑洞的认识中,很重要也很突出的一个是:黑洞是一种只 进不出的天体,任何东西都可以掉进去,但任何东西,包括光,都不可能跑出来。但是,很快,霍金等人的研究使学术界大大扩展了对黑洞的认识,并且,一些认识具有颠覆性特点。

在讲这段历史之前,想在这里先啰嗦一下霍金,在黑洞领域,他具有至关重要的地位。霍金无疑是当今物理学家中最具传奇色彩的一位,他和爱因斯坦一样广为人知。如果要选出有史以来公众最为熟知的物理学家,我相信爱因斯坦和霍金会登上榜单的前两名。霍金生于194218日,而300年前的这一天,伽利略与世长辞。在父亲的要求下,霍金早先在牛津大学获得学士学位,1962年,离开牛津大学前往剑桥大学。一开始,霍金希望申请到著名的天文学家及物理学家、恒稳态宇宙模型的创建者弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)的门下,但谁知霍伊尔不喜欢霍金,拒绝了霍金的申请。所以霍金只好到了不太著名的物理学家丹尼斯·夏玛(Dennis William Sciama)门下,不过,一定程度上正是这个差错成就了霍金。

夏玛指导学生的方式属于那种典型的放鸭子式,任由学生自主发展,霍金极少得到夏玛的指导,整天无所事事,甚至跑到霍伊尔的学生那边找事干。他曾在霍伊尔的一 个研究生那边,要到计算恒稳态宇宙模型的一个参数,并得到了无穷大的结果而让霍伊尔有点难堪。一定程度上可以说正是因为夏玛的不管不问,让霍金找到了自己的方向。霍金是夏玛最为出色的学生(他自己虽然不太有名,但出色的学生不少),正如夏玛自己曾说:我对物理学最大的贡献有两个,一个是把数学家彭罗斯拉过来研究物理,一个是培养了霍金这个学生。

霍金到达剑桥后不久,1963年便被诊断罹患了一种罕见的病:肌肉萎缩性侧索硬化症,或称之为运动神经病。这种病发展下去会使人的肌肉萎缩而失去功能,如果心肌萎缩了,其结果不言而喻。所以当时医生便判了霍金死刑,缓期两年执行。但坚强的霍金创造了奇迹,至今仍然健在,狠狠地嘲弄了医生。让霍金知名度如此之高的一个原因恐怕正来自于他的身体条件:在那样的身体条件下, 依然做出如此的成就,的确令人敬佩。很多观点视霍金为自爱因斯坦后最为杰出的理论物理学家,但实际上,霍金还不足以享受此名望,霍金的研究领域主要在黑洞 和宇宙学,主要在于广义相对论的应用,在基础理论方面,霍金的贡献并不多。

言归正传。1971年,霍金提出黑洞的面积定理,指出黑洞的表面积随着时间的发展只会增加不会减少。有心的读者可能已经会想到,黑洞的面积定理好像和热力学的熵增原理很像,正所谓英雄所见略同,1973年,惠勒(J. A. Wheeler)的研究生贝肯斯坦(J. D. Bekenstein)大胆推测黑洞的表面积可能是。这一猜测遭到霍金等人的反对,他们认为贝肯斯坦曲解了面积定理。如果黑洞有熵,那么从热力学角度来看也应该有温度,有温度就会有辐射,黑洞是任何东西都不可能逃出的天体,怎么可能有热辐射呢?霍金等人在1973年发表论文,否认黑洞有真正的热性质。但是,1974年霍金的态度来了个180°的大转弯,他不仅承认了黑洞的表面积是熵,黑洞有温度,而且用弯曲时空量子场论证明了黑洞有热辐射,此即著名的霍金辐射。

相应地,在霍金以及贝肯斯坦、James BardeenCarter 等人的努力下,逐渐弄清楚了黑洞的一些热力学性质,并在1973年,最终建立了黑洞热力学四定律。

黑洞热力学以及霍金辐射的发现揭开了黑洞研究的新篇章,将黑洞研究推向了一个高点,最终为这段研究的黄金时代画上了圆满的句号。

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参考资料:

http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole

http://en.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking

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