霍金与黑洞
霍金辐射和黑洞信息悖论
霍金辐射和黑洞信息悖论黑洞，宇宙中最神秘而又令人着迷的存在之一。
它以其无形的引力场和无比强大的吸引力，让人类畏惧和想象。
然而，对于黑洞内部的世界我们仍知之甚少。
直到霍金辐射的提出，我们或许可以窥探黑洞的一角，并探讨与之相关的黑洞信息悖论。
霍金辐射是物理学家斯蒂芬·霍金于1974年提出的一个理论，它认为在黑洞边界，即所谓的事件视界上发生着一种粒子产生和湮灭的过程。
这种现象可以将黑洞看作是一种不再是无底洞的物体。
根据量子力学的原理，对于如此微小的尺度，任何事物都会有一定的波动，粒子的产生和湮灭也不例外。
而这些被称为霍金辐射的粒子则能从黑洞边界逃逸出来，带走一些能量，导致黑洞的质量逐渐减小。
然而，霍金辐射的提出却引发了一场科学界的讨论。
与牛顿的万有引力定律相悖，霍金辐射表明黑洞并非是永恒存在的。
换言之，黑洞在演化过程中逐渐蒸发，最终会消失。
这引发了一个关乎信息守恒定律的悖论。
信息守恒定律是指在物理过程中，信息总是保持不变的。
然而，如果黑洞辐射解释是正确的，黑洞将会释放出来自其内部的信息，而这些信息似乎被永远地丢失。
这违背了信息守恒定律，也就是我们所熟知的物质和信息都不能被摧毁。
为了解决这一悖论，科学家提出了一种猜想，即黑洞吞噬的信息可能存储在黑洞边界上的霍金辐射中。
这种存储于边界的信息被称为“黑洞信息渗漏”。
根据这一理论，黑洞辐射中包含了黑洞内部的所有信息，当黑洞蒸发完全消失时，这些信息会被完整地释放出来，从而使信息守恒定律得以满足。
然而，对于黑洞信息渗漏理论，我们仍面临着诸多未解之谜。
首先，黑洞辐射中的信息究竟以何种形式存在，还需要更深入的研究。
其次，黑洞内部的物理过程和信息传递机制是否如理论所言，我们还需要实验证据来证明。
此外，黑洞信息渗漏背后的量子力学与广义相对论的统一问题也仍待解决。
在面对如此艰深的问题时，科学家们持续地进行着实验和模型的研究。
例如，最近的研究表明，量子网络与黑洞的信息传递或许存在某种奇特的对应关系，并为我们提供了一种可能的解决方案。
霍金的黑洞理论
霍金的黑洞理论黑洞，这个神秘而恐怖的物体，一直以来都是天文学家和科学界的研究热点。
而其中最为知名的黑洞理论，毫无疑问要归功于英国物理学家斯蒂芬·霍金。
在上世纪70年代，霍金提出了他的黑洞理论，引发了一场科学界的热议和争论。
什么是黑洞？黑洞是一种极为强大的引力场，它是由恒星在燃尽核燃料后发生坍缩形成的。
当一颗恒星耗尽了其燃料，核心无法继续支撑自身的重力，就会崩塌成一个极密实的物体，形成了黑洞。
黑洞的引力场极为强大，它能够吞噬一切靠近它的物质，连光线也无法逃脱。
因此，黑洞在宇宙中就像一颗无底洞，吞噬一切进入其中的物质。
这一特性使得黑洞成为人们心目中的恐怖之物，也给科学家提供了一个极为有趣的研究对象。
霍金的黑洞理论霍金的黑洞理论是基于爱因斯坦的相对论的理论基础上发展起来的。
在相对论中，空间和时间是彼此交织的，它们的结构是由质量和能量的分布决定的。
而在霍金的理论中，黑洞并不是一个永久存在的物体，而是会发生演化和辐射的。
霍金认为，黑洞具有温度和熵，它是一种热态物体。
这一理论被称为“霍金辐射”。
根据这一理论，黑洞在辐射的过程中会失去质量和能量，最终消失殆尽。
这个过程被称为黑洞蒸发。
黑洞的奇点根据霍金的理论，当一个物体坠入黑洞后，它将会被黑洞的强大引力所吞噬。
但是，当物体接近黑洞中心时，它将会面临一个无法想象的情景——黑洞的奇点。
黑洞的奇点是空间和时间曲率无限大的地方，它是相对论的一个极端情况。
在奇点中，物理定律无法解释和预测任何现象，这使得我们对黑洞内部的情况充满了猜测和想象。
黑洞的研究和应用尽管黑洞在宇宙中的确是一个神秘而恐怖的存在，但它们也给我们带来了许多有趣的研究和应用。
黑洞的研究可以帮助我们更好地理解宇宙的本质和演化过程。
通过研究黑洞，我们可以揭示宇宙中的物质和能量如何形成、变化和消失。
另外，黑洞还被用于解释一些天文现象。
例如，我们常常观测到一些星系中心有非常强烈的辐射，这被认为是由超大质量黑洞的存在引起的。
霍金辐射与黑洞蒸发机制解析
霍金辐射与黑洞蒸发机制解析1. 霍金辐射的提出20世纪70年代初，英国物理学家史蒂芬·霍金提出了霍金辐射理论，这一理论颠覆了人们对黑洞的传统理解。
根据传统的物理学观点，黑洞是绝对不可逆的，即任何物质或信息一旦跌入黑洞内部，就永远无法逃脱。
然而，霍金的研究揭示了一个全新的黑洞性质：黑洞并非完全“黑暗”，而是会以极微弱的辐射形式向外发射能量，这便是被称为霍金辐射的现象。
2. 黑洞蒸发机制2.1 史蒂芬·霍金的发现史蒂芬·霍金通过与量子力学和广义相对论的结合，成功地解释了黑洞如何发出辐射并最终蒸发的机制。
根据他的理论，在虚粒子产生时，偶有可能其中一粒被吸收到黑洞内部，而另一粒则逃逸至外部形成辐射，由此导致了黑洞质量和能量的损失。
这种虚粒子对的产生使得黑洞无休止地蒸发，并最终消失殆尽。
2.2 黑洞质量与辐射关系根据霍金辐射理论，黑洞质量越小，其蒸发速率越快。
这意味着，处于不断蒸发过程中的小型黑洞将比大型黑洞更快地消失。
当黑洞质量接近普朗克质量（Planck mass）时，其蒸发速率已经足够快，以至于在极短的时间内完全蒸发殆尽。
3. 实验与观测验证3.1 霍金辐射实验由于直接观测黑洞本身是一项巨大挑战，科学家们通过间接手段对霍金辐射进行了验证实验。
利用宇宙中存在的极端条件模拟黑洞，如模拟产生和捕捉光子对，并观察其行为。
这些实验结果与霍金的理论预言相符，为其提出的霍金辐射机制提供了实验支持。
3.2 黑洞观测与未来展望随着科技的进步和天文观测设备的升级，人类对于黑洞本身及其周围现象的观测越来越深入。
近年来，首张黑洞影像的问世标志着人类首次直接捕捉到了黑洞的图像。
未来随着技术进步和探索深入，我们有望更加深入地研究和理解黑洞、霍金辐射以及宇宙中更多神秘奥秘。
4. 结语在过去数十年间，史蒂芬·霍金提出的霍金辐射理论为人类带来了关于宇宙最深刻、最神秘问题之一——黑洞，并提供了一种全新视角和机制来解释黑洞逐渐消失的过程。
科学巨匠斯蒂芬霍金的黑洞研究
科学巨匠斯蒂芬霍金的黑洞研究斯蒂芬·霍金是英国著名的理论物理学家和宇宙学家，他的研究领域包括广义相对论、量子力学和黑洞物理等领域。
在黑洞研究方面，他作出了重要的贡献，深化了我们对宇宙中奇特现象的理解。
本文将介绍斯蒂芬·霍金的黑洞研究成果，并探讨其对宇宙学和物理学的影响。
一、黑洞的基本概念与形成原因黑洞是宇宙中一种极为奇特而神秘的天体，它具有非常强大的引力场，以至于连光也无法逃离其吸引。
这导致了黑洞外观上的黑暗，因为黑洞吸收了所有进入其边界，即事件视界的物质和能量，不再释放出光线。
黑洞的形成主要有两种机制：恒星坍缩和超大质量黑洞的合并。
恒星在耗尽核心燃料后会发生坍缩，形成尺寸极小但密度极高的黑洞。
而超大质量黑洞则是由于恒星坍缩引起的，导致巨大的质量聚集在一起。
这些黑洞具有巨大的质量和引力，对周围的物质和光线产生强烈的吸引作用。
二、霍金辐射理论斯蒂芬·霍金的最著名的成果之一是他提出的“霍金辐射理论”，该理论于1974年提出。
根据经典的物理学理论，黑洞是完全吸收一切物质和能量的，因此它们应该是永恒的存在。
然而，霍金的理论颠覆了这一观点，并提出了黑洞会通过辐射损失质量和能量的观点。
根据量子力学的原理，虚粒子对会在黑洞边界上形成并逃离，这个过程会伴随着能量的辐射。
霍金利用量子力学和广义相对论的结合，推导出了黑洞辐射的数学描述，即霍金辐射。
根据这个理论，黑洞表面会持续不断地辐射出粒子，最终导致质量的损失和黑洞的蒸发。
三、黑洞信息悖论霍金辐射理论引发了一个重要的问题，即“黑洞信息悖论”。
根据传统的物理学理论，信息不会被摧毁或消失，而是会保存下来。
然而，霍金辐射理论似乎违背了这个原则，因为辐射过程可能会让黑洞吞噬的信息永久丧失。
对于这个问题，斯蒂芬·霍金经过多年的研究和思考，提出了一种解决方案，即“黑洞信息保护原理”。
他认为，黑洞辐射所携带的信息并没有消失，而是以量子纠缠的形式保留在辐射粒子之间。
霍金的黑洞理论
霍金的黑洞理论黑洞是宇宙中最神秘、最具有吸引力的天体之一。
它的存在和性质一直以来都是天文学家和物理学家们关注的焦点。
而霍金的黑洞理论，更是为我们揭示了黑洞的奥秘，让我们对宇宙的认识更加深入和全面。
一、黑洞的定义和形成黑洞是一种密度极高、引力极强的天体，它的引力甚至连光都无法逃脱。
根据霍金的理论，黑洞是由恒星在死亡过程中形成的。
当恒星耗尽了核燃料，无法继续维持核聚变反应时，它会发生坍缩，形成一个极为紧凑的天体，即黑洞。
二、霍金辐射理论霍金的黑洞理论最为人所熟知的是他提出的“霍金辐射理论”。
根据传统的物理学理论，黑洞是一种完全吸收一切物质和能量的天体，不会有任何辐射。
然而，霍金通过量子力学的方法，提出了黑洞会发出微弱的辐射的观点。
这种辐射被称为“霍金辐射”。
霍金辐射的产生是由于黑洞周围的虚粒子对的产生。
根据量子力学的原理，虚粒子对可以在真空中产生并迅速湮灭。
然而，在黑洞的极强引力场中，有时其中一个虚粒子会被吸入黑洞，而另一个虚粒子则逃离黑洞，形成了辐射。
这种辐射会导致黑洞的质量和能量逐渐减小，最终黑洞会消失。
三、黑洞的信息悖论霍金的黑洞理论引发了一个重要的问题，即黑洞的信息悖论。
根据量子力学的原理，信息是不可破坏的，而根据经典物理学的观点，黑洞会将所有物质和能量完全吞噬，信息也会被彻底摧毁。
这与量子力学的原理相矛盾。
为了解决这个问题，霍金提出了“信息保护定律”。
他认为，黑洞会将吞噬的信息储存在黑洞的边界上，即黑洞的事件视界。
这些信息会以一种特殊的方式编码，并在黑洞辐射中得以保留。
这一理论引发了广泛的讨论和研究，对于理解宇宙的信息保存和量子力学的基本原理具有重要意义。
四、实验观测和验证虽然霍金的黑洞理论在理论上具有重要意义，但由于黑洞的特殊性质，实际观测和验证是非常困难的。
目前，科学家们通过观测黑洞周围的物质运动和辐射等方式，对霍金的理论进行了一些间接的验证。
例如，科学家们通过观测到黑洞周围的物质盘，发现了一些与霍金辐射理论相符合的现象。
霍金的黑洞理论
霍金的黑洞理论霍金（Stephen Hawking）是20世纪最伟大的物理学家之一，他对黑洞的研究成果被誉为物理学史上的里程碑。
在霍金的研究中，黑洞理论占据了重要的位置，他的贡献不仅深刻影响了现代物理学的发展，也改变了人们对宇宙的认识。
本文将介绍霍金的黑洞理论，探讨其原理和影响。
一、黑洞的定义黑洞是宇宙中一种极为神秘的天体，它的引力极其强大，甚至连光都无法逃脱。
在经典物理学中，黑洞被定义为一种引力极强的天体，其引力场非常强大，甚至连光都无法逃逸。
黑洞的边界被称为“事件视界”，在这个边界内的物体将无法逃脱黑洞的吞噬。
二、霍金辐射理论霍金在20世纪70年代提出了著名的霍金辐射理论，这一理论颠覆了人们对黑洞的传统认识。
根据经典物理学的理论，黑洞是绝对不会发出任何东西的，它只会吞噬一切。
然而，霍金的辐射理论却指出，黑洞并非完全“黑暗”，它会以一种微弱的辐射形式向外释放能量，这种辐射被称为“霍金辐射”。
霍金辐射的产生是由于量子力学效应在黑洞的事件视界附近发生的结果。
根据量子力学的原理，虚空中会不时产生一对粒子和反粒子，这些粒子会在极短的时间内相互湮灭。
然而，当这一对粒子产生在黑洞的事件视界附近时，其中一个粒子可能被黑洞吞噬，而另一个粒子则逃逸出去，这就形成了霍金辐射。
霍金辐射的发现对物理学界产生了巨大的影响，它揭示了黑洞并非绝对“黑暗”，而是会释放能量。
这一发现不仅挑战了传统的物理学观念，也为人们对宇宙的认识提供了新的视角。
三、黑洞信息悖论霍金的黑洞理论还引发了著名的“黑洞信息悖论”。
根据量子力学的原理，信息是不会消失的，即使物体被吞噬到黑洞内部，信息也应该得以保存。
然而，根据经典物理学的观点，黑洞会将一切吞噬，信息也将永远消失。
霍金曾提出，黑洞会将吞噬的信息“湮灭”，即信息会永远消失在黑洞内部，这一观点引发了激烈的争论。
一些物理学家认为，信息的湮灭违反了量子力学的基本原理，因此提出了各种假设和理论来解决这一悖论。
霍金辐射与黑洞蒸发机制解析
霍金辐射与黑洞蒸发机制解析1. 霍金辐射的提出霍金辐射，是由著名物理学家史蒂芬·霍金于1974年提出的一种重要概念。
在此之前，传统物理学认为黑洞是绝对不可逆的天体，吞噬一切，连光都无法逃脱黑洞的吸引力。
然而，霍金在研究黑洞时，却发现了一个惊人的现象：黑洞并非完全黑暗无光，而是会产生一种被称为“霍金辐射”的粒子流。
这一发现彻底颠覆了传统对黑洞的认知，也打开了研究黑洞本质的新视角。
2. 黑洞蒸发机制在霍金的理论中，黑洞并非永恒存在，而是会随着时间逐渐蒸发消失。
这种现象被称为“黑洞蒸发”。
黑洞蒸发的机制主要是通过霍金辐射来实现的。
根据量子场论的观点，虚拟粒子对的产生和湮灭是不可避免的，在黑洞附近空间也不例外。
当一个虚拟粒子被黑洞吸收进去，另一个则成为了实际存在的粒子，从而“辐射”到了宇宙中。
这种过程导致了黑洞质量减小，因而“蒸发”了黑洞。
3. 辐射对黑洞的影响霍金辐射对于黑洞的影响是深远而重要的。
首先，它揭示了黑洞同量子力学和相对论之间可能存在的联系，让物理学家重新思考了宇宙最基本规律。
其次，霍金辐射也解决了“信息丢失”等难题，即当物质被吸入黑洞后，信息会消失吗？通过辐射这一机制，部分信息会通过粒子辐射传递到外部世界，使得信息不会完全丢失。
4. 黑洞蒸发的进一步探讨随着科学技术的发展和理论物理学领域的不断深入研究，围绕着黑洞蒸发仍有许多未解之谜需要探讨。
例如，量子引力理论对黑洞蒸发机制有何影响？在 Hawking 的框架下是否存在别的模型也能描述黑洞辐射？这些问题都是当前学术界亟待解答的。
5. 结语总之，霍金辐射与黑洞蒸发机制是天体物理学中一个极其重要和引人入胜的研究领域。
通过对这一理论的深入探讨和研究，我们可以更好地理解宇宙中神秘而浩瀚的奥秘，也将推动我们对自然法则更深层次认知。
希望在未来的科学研究中能有更多关于此领域的突破和探索。
霍金黑洞温度公式
霍金黑洞温度公式
霍金黑洞温度公式是指通过斯蒂芬·霍金的研究得出的黑洞温度公式，所以也叫做霍金辐射公式。
这个公式用于表示黑洞的假想辐射能量。
其中，黑洞的温度是由黑洞周围的引力场引起的辐射能量计算得出的。
霍金黑洞
温度公式的表达式为：
T = (h/8πkm) × c^3/G × M/k。
在这个公式中，h是普朗克常数，k是玻尔兹曼常数，G是引力常数，c是光速，M是黑洞质量，m是黑洞质量除以太极半径（即Schwarzschild
半径）的平方根。
这个公式显示出，黑洞越大（黑洞质量越大），它的温
度就越低，辐射的能量也就越少，这与我们对于一般实物的经验所不同，
而这也正是对于黑洞这类虚拟物体的非凡性质的体现。
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（2）真实黑洞与理想黑洞（平庸拓扑和 ）真实黑洞与理想黑洞（ 非平庸拓扑） 非平庸拓扑） 理想黑洞的度规是拓扑非平庸的， 理想黑洞的度规是拓扑非平庸的，信息 会丢失。 会丢失。 真实黑洞的度规拓扑是平庸的，信息不 真实黑洞的度规拓扑是平庸的， 会丢失。 会丢失。
（3）散射过程 ） 真实黑洞的形成和蒸发可以被视作散射过程。 真实黑洞的形成和蒸发可以被视作散射过程。
（5）黑洞的负比热 ） 1 黑洞越小温度越高， 黑洞越小温度越高，T ~
M
1M Θ的黑洞
10亿吨的黑洞 亿吨的黑洞 3000吨的黑洞 吨的黑洞
10 −6 K
10 K 1018 K
12
黑洞热容量为负 除某些特殊情况外， 除某些特殊情况外，黑洞与外界的热 平衡是不稳定平衡。 平衡是不稳定平衡。
（6）黑洞的吸积与喷流 ）
（2）米斯纳超辐射 ）米斯纳超辐射——受激辐射 受激辐射
如果彭若斯过程中的入射物体小到量 从波粒二象性可知， 子，从波粒二象性可知，将产生超辐射 出射波>入射波 出射波 入射波 产生条件 ω 0 = mΩ H + eV > µ
粒子能量 静质量
超辐射是受激辐射
（3）爱因斯坦对原子吸收与辐射的研究 ）
这将导致 熵大量增加 轻子数、重子数等守恒定律破缺。 轻子数、重子数等守恒定律破缺。 量子引力不具有幺正性。 量子引力不具有幺正性。
3、打赌（1997） 、打赌（ ） S.W.Hawking Kip Thorne
⇔
John Preskill
黑洞中的信息不会失 黑洞中的信息失去了。 黑洞中的信息失去了。 去，一定会以某种机 信息不守恒） 制跑出来。 （信息不守恒） 制跑出来。 信息守恒） （信息守恒）
我对物理学和天文学作了两个贡献， 我对物理学和天文学作了两个贡献，一 是培养了霍金这名学生， 是培养了霍金这名学生，二是把彭若斯 拉过来研究广义相对论。 拉过来研究广义相对论。 ——Sciama
名师出高徒 Sciama：Hawking，Carter，Ellis，Rees ： ， ， ， Wheleer：Misna，Unruh，Bekenstein， ： ， ， ， Wald ， Thorne
物理学中 有质量守恒、能量守恒、电荷守恒…… 有质量守恒、能量守恒、电荷守恒 但没有信息守恒定律。 但没有信息守恒定律。 热力学第二定律 ⇒ 熵不守恒 ⇒ 信息不守恒 应该预期： ∴应该预期：量子引力不一定具有幺正性
（2）信息从洞中部分逸出的可能途径 ） （A）隧道效应 ） （B）非稳黑洞 ） （C）光锥的改变 ）
对Wilczek与Parikh工作的研究 与 工作的研究
张靖仪、 张靖仪、赵峥等的工作 等人的证明推广到旋转、 （1）把Parikh等人的证明推广到旋转、带电 ） 等人的证明推广到旋转 的稳态黑洞，及有质量、带电荷粒子的情况。 的稳态黑洞，及有质量、带电荷粒子的情况。 （2）指出 ）指出Parikh和Wilczek等人的证明只适用 和 等人的证明只适用 于可逆的准静态过程。 于可逆的准静态过程。
Z (t ) → −t − Ae
−2κt
+B
坍缩的黑洞表面——倒退的镜子 倒退的镜子 坍缩的黑洞表面
五、我们组在黑洞热性质方面的工作
： Kerr—Newman黑洞热辐射电子、质子、 黑洞热辐射电子、质子、 黑洞热辐射电子 中子 创建了计算动态黑洞温度的方法， 创建了计算动态黑洞温度的方法，可逐 点计算黑洞表面每一点的温度 研究了两个黑洞接触时的温度变化 计算黑洞熵的薄膜模型 研究了黑洞的信息疑难
黑洞表面引力的定义
黑洞的卡诺循环
η ≤ 1 − TB / T
其中，TB ~ κ
视作温度，上式恰是卡诺定理。 若把 κ 视作温度，上式恰是卡诺定理。
霍金的反驳 Hawking，Carter，Bardeen1973 ， ， 年中的论文
（3）黑洞力学与普通热力学的比较 ）
（4）霍金辐射 ） 霍金的突变：万一贝肯斯坦是对的呢？ 霍金的突变：万一贝肯斯坦是对的呢？
（1）为何必定有部分信息丢失？ ）为何必定有部分信息丢失？ 对于微观黑洞，霍金的新观点也许正确。 对于微观黑洞，霍金的新观点也许正确。 对于宏观黑洞则不然 黑洞与外界的热平衡不稳定
T1 = T2 1 1 + <0 C1 C 2
黑洞与外部的温差，必将导致热流。 黑洞与外部的温差，必将导致热流。这 是一个不可逆过程，必将导致熵增加。 是一个不可逆过程，必将导致熵增加。 按照信息理论 信息=负熵 信息 负熵 熵 ⇒ 信息 ∴落入黑洞的物质的信息必定会有丢失 至少会丢失一部分） （至少会丢失一部分）
第七讲 霍金与黑洞
赵峥 北京师范大学物理系
一、黑洞的“激发态” 黑洞的“激发态” 二、霍金简介 三、黑洞的温度与热辐射 四、真空的热效应与边界效应 五、我们组在黑洞热性质方面的工作 六、信息疑难与霍金打赌
一、黑洞的“激发态” 黑洞的“激发态”
（1）彭若斯过程 ） 能层中存在负能轨道 如果 E1<0， ， 则 E2>E 提取黑洞的转动能和角动量 Kerr黑洞 黑洞 史瓦西黑洞
（1）对偶猜想 ） ADS/CFT 反de Sitter空间中的超引力 空间中的超引力 空间边界上的共形场论 ⇔ 反de Sitter空间边界上的共形场论 CFT理论是幺正的 理论是幺正的 空间一定信息守恒 ⇒反de Sitter空间一定信息守恒 落入反de 空间中的黑洞的任 ⇒落入反 Sitter空间中的黑洞的任 何信息必定会跑出来
霍金的主要成就 奇性定理，面积定理， 奇性定理，面积定理，霍金辐射 （1970） （1972） （1974） ） ） ）
三、黑洞的温度与热辐射
（1）面积定理 ） 黑洞的表面积只能随时间增大， 黑洞的表面积只能随时间增大，不能减 小。
dA ≥ 0
推论：一个黑洞不能分裂为两个， 推论：一个黑洞不能分裂为两个，但两 个可以合成一个。 个可以合成一个。
⇔
1、无毛定理（1967） 、无毛定理（ ） 对洞外观测者来说， 对洞外观测者来说，坍缩进黑洞的所有 物质的信息（ 全部丢失， 物质的信息（毛）全部丢失，只有总质 总角动量和总电荷除外。 量、总角动量和总电荷除外。 只剩三根毛： 只剩三根毛：M, J, Q 失去的信息永远保留在黑洞内部
2、Hawking热辐射 、 热辐射——量子效应（1974） 量子效应（ 热辐射 量子效应 ） 考虑量子隧道效应， 考虑量子隧道效应，黑洞会以精确的黑体 谱进行热辐射，不带出任何信息。 谱进行热辐射，不带出任何信息。 黑洞将“蒸发”干净， 黑洞将“蒸发”干净，洞内信息全部从宇 宙中消失。 宙中消失。 信息的丢失意味着， 信息的丢失意味着，形成黑洞的量子纯态 全部衰变成混合态。 全部衰变成混合态。
1974.2霍金报告 霍金报告 用弯曲时空量子场论证明： 用弯曲时空量子场论证明： 黑洞有热辐射，黑洞的温度是真温度！ 黑洞有热辐射，黑洞的温度是真温度！ 面积确实是熵！ 面积确实是熵！
真空涨落产生的虚正反粒子对， 真空涨落产生的虚正反粒子对，负能反 粒子落入黑洞，趋向奇点， 粒子落入黑洞，趋向奇点，正能粒子飞 向远方。 向远方。 这等价于一个正能粒子从奇点产生， 这等价于一个正能粒子从奇点产生，逆 着时间飞向视界，被视界面散射， 着时间飞向视界，被视界面散射，再顺 时飞向远方。 时飞向远方。
贝肯斯坦的猜想： 贝肯斯坦的猜想： 黑洞的表面积有可能是“ 黑洞的表面积有可能是“பைடு நூலகம்”。 贝肯斯坦与惠勒的讨论
（2）贝肯斯坦公式 ）
κ dM = dA + ΩdJ + VdQ 8π
dU = Tds − pdV
普通热力学 转动刚体
dU = Tds + ΩdJ + VdQ
A多么像熵，κ 是温度吗？ 多么像熵， 是温度吗？ 多么像熵
∞ 弱场 强场 ∞ 弱场
此散射过程，信息守恒。 此散射过程，信息守恒。
5、霍金新观点的质疑与启发 、 （1）落入黑洞的信息必定有部分丢失。 ）落入黑洞的信息必定有部分丢失。 （2）部分信息有可能从黑洞中重新逸出， ）部分信息有可能从黑洞中重新逸出， 部分信息有可能作为“炉渣”被留下来。 部分信息有可能作为“炉渣”被留下来。
虚正反粒子对是相互关联的量子纯态， 虚正反粒子对是相互关联的量子纯态， 落入黑洞的粒子信息丢失，失去关联， 落入黑洞的粒子信息丢失，失去关联， 纯态 混合态 ∴信息丢失导致熵增加 霍金辐射为热辐射
霍金辐射破坏重子数守恒，轻子数守恒， 霍金辐射破坏重子数守恒，轻子数守恒， 破坏信息守恒。 破坏信息守恒。
2004年7月 年 月 S.W.Hawking：我输了 ： K.Thorne：没有输 ： J.Preskill：没有听懂我为什么赢了。 ：没有听懂我为什么赢了。
4、Hawking的新观点 、 的新观点 我已经解决了黑洞蒸发的信息佯谬。 我已经解决了黑洞蒸发的信息佯谬。 对于真实的黑洞，信息可以从洞中逸出。 对于真实的黑洞，信息可以从洞中逸出。 （1）对偶猜想 ） （2）真实黑洞与理想黑洞（平庸拓扑和 ）真实黑洞与理想黑洞（ 非平庸拓扑） 非平庸拓扑） （3）散射过程 ）
（A）隧道效应 ）
辐射谱是严格 黑体谱吗？ 黑体谱吗？
M.Parikh和F.Wilczek：对史瓦西黑洞和 和 ： R-N黑洞（球对称静态黑洞）辐射时黑洞 黑洞（ 黑洞 球对称静态黑洞） 会有收缩 ⇒ 产生势垒 ⇒ 由于能量守恒，辐射谱不是严格黑体谱 由于能量守恒， ⇒ 辐射谱必须修正 ⇒ 此修正保证了量子引力的幺正性 ⇒ 没有信息丢失！ 没有信息丢失！
星系的喷流
四、真空热效应与边界效应
（1） 安鲁效应（Unruh，1973） ） 安鲁效应（ ， ） 在真空中作匀加速直线运动的观测者 处在热浴中 观测者
a
T ~a
视界
惯性系的真空零点能， 惯性系的真空零点能，在加速系看来 是热辐射能。 是热辐射能。