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黑洞的演化与黑洞悖论 班级：电信硕31 姓名：于斌 学号：2130508015 摘要：黑洞是从恒星演化而来，我们面临着关于黑洞的一个悖论，这决定着广义相对论和量子力学博弈的胜负，而在我看来这只需要一个如薛定谔猜想一样的假说。 关键词：黑洞；演化；恒星；悖论 小时候常常认为黑洞就是一个黑漆漆的洞，不断的吞噬着周围的一切，像一个无底洞，甚至认为人类终将会被黑洞吞噬。而实际上黑洞并没有那么离奇，它只是一个星体，像地球、太阳一样，不过质量很大，引力很大，连光也不能逃脱，所以它不容易被观测和测量，因此颜色就是宇宙的背景色是黑的。 在2004年7月14日，著名物理学家霍金发表了一篇论文，认为黑洞这种由星体残骸演化成的漩涡会保留被吞噬物体的痕迹、而且终将释放出少量被撕碎的物质，这就推翻了他坚持了30多年的“黑洞悖论”；在今年1月24日霍金教授再次以其与黑洞有关的理论震惊物理学界，他在一篇论文中承认，黑洞其实是不存在的。而我们要解释这“黑洞悖论”就不得不从黑洞的演化说起。 黑洞其实和行星、中子星等一样是从恒星演化而来。最初的恒星通常只由氢元素构成，而这些氢原子在恒星内部不断地碰撞从而发生核裂变和核聚变，因此产生的巨大能量和恒星的引力相抗衡，形成一种稳态以维持恒星的结构。然而通过核聚变形成了更重的元素氦，使得恒星的结构不断的变化着，从氦再聚变为锂、铍，元素的重量不断增加，聚变的能量也越来越难与引力抗衡，当铁元素生成时，就到了临界点，由于铁的不稳定性，无法进行核聚变，恒星开始塌缩，他的生命也到了尽头。在恒星外壳的压力之下，内核塌缩，直到形成能与压力平衡的星体，而这种星体往往体积小，密度大，当然体积小是相对恒星来说的。 产生的星体则被称为白矮星和中子星，白矮星也叫做中小质量恒星的遗骸，而质量小于三倍太阳质量的想成为中子星，当质量大于三倍太阳质量时，这种程度的塌缩也不够了，将发生第二次塌缩。这里就有另一个名词“史瓦西半径”，由逃逸速度公式V=√（2GM/R）可推导出天体的史瓦西半径公式Rs=2GM/c^2，当塌缩到小于史瓦西半径时，引力将变得非常大，连光都无法向外射出，恒星黑洞也就此诞生。 因此我们也无法直接观测到黑洞，只能通过间接的方法，按课上讲的和课外资料分为引力效应法、微引力透镜效应，还有活动星系核法。这里就不一一叙述了。 了解了黑洞，下面引起我好奇的就是黑洞悖论了（black hole information paradox），简单地说，霍金原始理论认为，黑洞辐射是热辐射，而热辐射几乎不含有信息，但是量子力学要求信息守恒，也就是说黑洞吸入多少信息就要吐出多少信息，两者间就产生了矛盾。 按照量子力学，信息是不能被销毁的。原则上，通过测量飞出的辐射的量子态，可以得到关于落入黑洞的物体的所有信息。但是霍金指出，事情并非如此简单：辐射是随机发射的，不可能携带任何有意义的信息。对黑洞进行观察, 直至它死亡，仍然不可能知道它是如何形成的和有什么东西掉进去过。 在文献中有这样一种假设：如果一个宇航员掉进了黑洞，一开始，这个宇航员不会有什么特别的感觉，甚至当他通过黑洞的视界(理论上围绕黑洞的一个界面，视界以内就连光线也不能逃逸出来)时也是如此。 但是经过一段时间后，由于引力与距离的平方成反比，他将逐渐感觉到作用在他脚上的引力比作用在头上的引力强。而且这种引力的差别会很快增加，并把他扯碎，最终把他的尸骸压入黑洞无限致密的核心中。形象的说就是撞到了火墙上，所有外界物体在接触火墙时都会被直接摧毁。这个“火墙说”也正是科学家们为了解释黑洞悖论而作出的假设。还有一些其他的假说，有人从弦论出发，认为其内部是具有结构的模糊球，被吸入的物质信息记录在上面，之后随着辐射离开黑洞；另一种是，恒星坍缩时会发射“前霍金辐射”，让黑洞在形成前就直接蒸发殆尽。总之，科学家们希望找到通往“量子引力”的统一理论的途径，这一理论将自然界的所有基本作用力统一在一个框架下。甚至霍金今年就提出了黑洞不存在的说法。量子力学作为被大量试验验证的理论是绝不可能被推翻的，否则物理世界就要重建了。 在我看来，不管黑洞是否存在，不管有没有黑洞悖论，正如自由落体一样，所有一切都遵循着物理定律，这些物理定律是从反复的推理、验证中产生的，科学家们要将所有复杂的现象用最简单的公式描述，于是有了牛顿经典力学理论，之后又有了狭义相对论，有趣的是狭义相对论在低速下要退化为经典力学，这就是一种包容。随着科学的进步，量子力学的发展，人们更加追求一种极简的方法来描述物理之美，就好像建模里的拟合一样，猜出公式去验证，越符合越好。甚至已经推出了超弦理论下的十一维空间，实际上就是十一维能用