Hawking辐射、黑洞热力学和黑洞相变-本科生物理前沿
霍金简介资料
大学期间
• 开始对宇宙学产生浓厚兴趣
• 21岁时获得剑桥大学博士学位
⌛️
斯蒂芬·霍金的学术生涯与成就
后期研究
• 专注于宇宙学和大爆炸理论的研究
• 提出了无边界宇宙模型
研究初期
• 专注于宇宙学和广义相对论的研究
• 提出了黑洞辐射理论
成就
• 成为英国皇家学会院士
• 获得沃尔夫物理奖
• 被封为英国皇家勋爵
婚姻
• 与简·怀尔德结婚，育有三个孩子
• 后因疾病原因，与简·常重视家庭和睦
• 为孩子们提供了良好的成长环境
霍金与疾病抗争的故事
疾病
• 年轻时患上了肌萎缩侧索硬化症
• 病情逐渐恶化，导致身体瘫痪
抗争
• 以坚定的意志和毅力与疾病抗争
• 依靠轮椅和语音合成器继续进行科学研究和工作
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斯蒂芬·霍金的社会影响与遗产
霍金在科学界的地位与影响
科学界地位
影响
• 被誉为现代宇宙学之父
• 为科学界树立了榜样
• 为黑洞热力学和宇宙学的发展做出了巨大贡献
• 为年轻科学家提供了启示和激励
霍金对大众文化的贡献与影响
大众文化贡献
• 通过著作和演讲向公众普及科学知识
• 为科学普及做出了突出贡献
• 提出黑洞会辐射能量并逐渐消失的观点
• 研究黑洞的性质和行为
• 为黑洞热力学的研究奠定了基础
• 为黑洞的研究提供了新的视角
宇宙起源与大爆炸理论
宇宙起源
• 研究宇宙的起源和演化过程
• 为宇宙学的发展做出了重要贡献
大爆炸理论
• 提出了宇宙起源于大爆炸的观点
• 为宇宙学的研究提供了重要依据
霍金的非凡贡献
霍金的非凡贡献霍金（Stephen Hawking）是英国著名的理论物理学家、宇宙学家，他为人类的科学研究做出了巨大的贡献。
尽管他生活在一个身体不自由的状态下，但他的思想和智慧却迸发出了无与伦比的光芒。
本文将介绍霍金先生在理论物理学与宇宙学领域所发表的科学成果，并探讨他对人类智慧与探索精神的启迪。
一、黑洞理论的突破霍金以其开创性的工作而闻名于世，其中最著名的就是他对于黑洞的研究。
在1974年，他提出了霍金辐射理论（Hawking Radiation），这一理论挑战了传统观念中黑洞是永恒不变的思想。
他认为黑洞并非真正的黑暗，而是会以微弱的辐射释放能量，最终会逐渐蒸发消失。
这个理论的惊人之处在于，它结合了广义相对论和量子力学的原理，为我们对于宇宙的理解提供了全新的视角。
霍金辐射理论不仅改变了人们对黑洞的认识，也对我们对于宇宙起源和演化的理解有了重大的影响。
二、时间和空间之谜的破解霍金的研究还拓展到了关于时间和空间的基本问题。
他的《时间简史》一书是他最著名和受欢迎的作品之一，其中详细介绍了他对于时间和空间的理论。
在书中，霍金提出了量子引力理论，试图将量子力学和广义相对论结合起来，以解释宇宙的起源、时间的性质以及可能存在的平行宇宙等问题。
他的理论挑战了传统的牛顿力学观念，并为我们揭示了时间和空间背后的奥秘。
三、科学启蒙和公众教育的功绩除了他的科学研究，霍金还以其科学启蒙和公众教育工作赢得了广泛的认可。
尽管他的研究领域非常专业和复杂，但他总是能够以通俗易懂的语言向普罗大众解释复杂的科学问题。
他的著作《时间简史》成为了畅销书，让人们对于宇宙和物理学有了更深入的理解。
通过媒体和公开演讲，他向人们普及了科学知识，鼓励年轻人追求科学事业，并为人们激发了对于无限智慧和探索未知的好奇心。
四、霍金的勇气与乐观精神尽管霍金生活在一个极具挑战的身体状况下，但他的勇气和乐观精神令人动容。
他无论面对何种困难，都以无比的坚韧和毅力追求自己的目标。
霍金的黑洞理论打开了新世界的大门
霍金的黑洞理论打开了新世界的大门？作者：郭尤子《光明日报》（ 2015年09月13日06版）日前，著名英国物理学家史蒂芬·霍金在瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院介绍了他关于黑洞研究的一项最新理论。
根据他的理论，物质坠入黑洞并非代表终结，信息或许能逃离黑洞，甚至进入另一空间。
这一理论一经提出就引起了媒体和民众的广泛关注，国外网友甚至直呼此理论“打开了新世界的大门”。
没有人去过黑洞，但是关于黑洞的争论在物理学界却由来已久。
作为黑洞理论的重要研究学者，霍金关于黑洞的每一次发言都是学界的焦点。
《三体》一书获得了国际上的成功和认可，《星际穿越》也是全球热卖的电影，这些都说明，人类关于宇宙的每一次畅想、每一步探索都振奋人心，魅力无穷。
霍金的新理论主要与黑洞的“信息悖论”有关。
“信息悖论”长期以来困扰着从事黑洞研究的科学家们。
这一悖论的核心观点是：在大质量恒星坍缩形成黑洞时，信息包含在黑洞之中。
由于黑洞不能永远存在，那么在它最终消失的时候，黑洞内部的信息也会随之消逝。
然而，这却与量子物理学原理相悖。
根据物理学界普遍承认的量子物理学原理，物理学家们一般认为，信息是不可能丢失的。
同理，黑洞的消失应该也不会造成信息的丢失。
这样一来，两个理论就产生了矛盾。
对于被吸入黑洞的信息去向何方，学界困扰多时。
如果这个明显的悖论得不到合理的解释，现存的一些基础的物理学原理就会崩塌。
霍金教授提到，如果黑洞与量子物理学中信息守恒原则相背离，那么我们对于时间本身的认知也会分崩离析。
1.恼人的“信息悖论”霍金的最新理论为“信息悖论”的解决提供了一个新的出口。
他指出：“我认为，信息并非如此前所设想的那样存储在黑洞的内部，而是在黑洞的边界，即所谓的视界上（视界线即黑洞的边界，在此边界以内的光都无法逃离）。
”我们一般认为，光是不能从黑洞中逃脱出来的，但从理论上讲，黑洞并不是全黑的。
黑洞会释放能量，这被称为“霍金辐射”。
“霍金辐射”理论认为，会有一些粒子从黑洞的视界线中散射出来。
高智商名人史蒂芬·霍金简介个人资料
高智商名人史蒂芬·霍金简介个人资料蒂芬·霍金(S .W .Hawking)是2 0世纪具有很强国际声誉的理论物理学家之一，高智商名人：史蒂芬·霍金有哪些的呢?本文是小编整理高智商名人：史蒂芬·霍金的资料，仅供参考。
高智商名人：史蒂芬·霍金斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学应用数学与理论物理学系物理学家，著名物理学家、宇宙学家、数学家。
霍金毕业于牛津大学、剑桥大学，1979年至2009年任卢卡斯数学教授，后为荣誉卢卡斯数学教授(牛顿曾任此职，是人类历史上最伟大的教授职位)。
霍金是爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家和当代最伟大的科学家，人类历史上最伟大的人物之一，被誉为“宇宙之王”。
人物经历史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking) ，1942年1月8日出生于英国牛津。
毕业于牛津大学(University of Oxford)和剑桥大学(University of Cambridge)，并获剑桥大学博士学位。
他在21岁时不幸患上了会使肌肉萎缩的卢伽雷氏症，因此被禁锢在轮椅上，只有三根手指可以活动，疾病已经使他的身体严重变形，头只能朝右边倾斜，肩膀左低右高，双手紧紧并在当中，握着手掌大小的拟声器键盘，两脚则朝内扭曲着，嘴已经歪成S型，只要略带微笑，马上就会现出“呲牙咧嘴”的样子。
这已经成为他的标志性形象。
史蒂芬·霍金1985年，因患肺炎做了穿气管手术，被彻底剥夺了说话的能力，演讲和问答只能通过语音合成器来完成。
当时医生预测他最多活两年，但他依然顽强的活着。
1973年，他考察黑洞附近的量子效应，发现黑洞会像天体一样发出辐射，其辐射的温度和黑洞质量成反比，这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小，而温度却越变越高，最后以爆炸而告终。
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。
物理学家的重要贡献和影响
物理学家的重要贡献和影响物理学家是研究物质和能量基本规律的科学家。
他们通过观察、实验和理论构建，揭示了自然界的各种现象和运行方式。
在科学史上，许多物理学家通过他们的工作和贡献极大地改变了我们对世界的认识。
本文将介绍几位具有重要贡献和影响的物理学家。
爱因斯坦（Albert Einstein）是20世纪最伟大的物理学家之一。
他以相对论的创立而闻名于世。
相对论改变了人们对时间、空间和质能关系的理解。
爱因斯坦的相对论揭示了速度接近光速的物体的行为与经典物理学规律的差异。
这对于宏观和微观世界的理解都有着重要的影响。
爱因斯坦的质能方程E=mc²也成为了人们广泛引用的公式，进一步加深了人们对质能转换关系的认识。
费曼（Richard Feynman）是20世纪最具影响力的理论物理学家之一。
他为量子电动力学（QED）的发展做出了杰出的贡献，并被授予了1965年度的诺贝尔物理学奖。
费曼通过提出费曼图来描述粒子之间的相互作用。
这种图形化的描述方法使复杂的计算变得简洁而直观，大大推动了理论物理学的发展。
费曼也以其幽默风趣的教学方式而闻名，通过他的讲座和书籍，将物理学的魅力传达给了广大的学生和读者。
居里夫人（Marie Curie）是第一个获得两次诺贝尔奖的人，也是第一个获得诺贝尔奖的女性。
她与丈夫皮埃尔·居里（Pierre Curie）一起发现了钋和镭元素，并为此获得了1903年的物理学奖。
居里夫人的研究对放射性现象的理解做出了重要贡献，并为后来的核物理学奠定了基础。
她的工作也开启了放射性应用的新时代，例如医学诊断和治疗领域。
霍金（Stephen Hawking）是当代最杰出的理论物理学家之一。
尽管身患罕见的神经系统疾病，导致他几乎完全瘫痪，但他的思想和工作对现代宇宙学和量子引力理论有着深远的影响。
霍金提出了黑洞辐射理论，即“霍金辐射”，这一理论揭示了黑洞的热力学性质，证明了黑洞并非绝对不透光。
霍金的研究也促进了我们对宇宙起源和演化的理解。
高智商名人史蒂芬·霍金简介个人资料（2）
高智商名人史蒂芬·霍金简介个人资料(2)时间缝隙至于时光机的关键点，霍金强调就是所谓的“四度空间”，科学家将其命名为“虫洞”。
霍金强调，“虫洞”就在我们四周，只是小到肉眼很难看见，它们存在于空间与时间的裂缝中。
他指出，宇宙万物非平坦或固体状，贴近观察会发现一切物体均会出现小孔或皱纹，这就是基本的物理法则，而且适用于时间。
时间也有细微的裂缝、皱纹及空隙，比分子、原子还细小的空间则被命名为“量子泡沫”，“虫洞”就存在于其中。
史蒂芬·霍金回到过去而科学家们企图穿越空间与时间的极细隧道或快捷方式，则不断在量子天地中形成、消失或改造，它们连结两个不同的空间及时间。
部分科学家认为，有朝一日也许能够抓住“虫洞”，将它无限放大，使人类甚至宇宙飞船可以穿越;另外若动力充足加上完备科技，科学家或许也可以建造一个巨大的“虫洞”。
霍金指出，理论上时光隧道或“虫洞”不只能带着人类前往其他行星，如果虫洞两端位于同一位置，且以时间而非距离间隔，那么宇宙飞船即可飞入，飞出后仍然接近地球，只是进入所谓“遥远的过去”。
因为在4度空间中，10分钟也许是n小时。
不过霍金警告，不要搭时光机回去看历史。
飞去未来史蒂芬·威廉·霍金表示，如果科学家能够建造速度接近光速的宇宙飞船，那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速是最大速限的法则，而导致舱内的时间变慢，那么飞行一个星期就等于是地面上的100年，也就相当于飞进未来。
霍金举人造卫星为例，指卫星在轨道运行时，由于受地球重力影响较小，卫星上的时间比地上时间稍快。
由此，霍金就设想出一艘大型极速宇宙船，可在1秒内加速至时速9.7万公里，6年内加速至光速的99.99%，比史上最快的宇宙船阿波罗10号快2000倍。
船上的乘客就是变相飞向未来，作出名副其实的时间旅行。
四度空间即使是在太空中，万物也都有时间的长度，在时间中漫游，意味着穿越该“4度空间”。
霍金举例指出，开车直线行进等于是在“1度空间”中行进，而左转或右转等于加上“2度空间”，至于在曲折蜿蜒的山路上下行进，就等于进入“3度空间”。
霍金的介绍
史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking，1942年1月8日-2018年3月14日），英国物理学家、宇宙学家和数学家。
他是剑桥大学数学教授，主要研究领域包括广义相对论、黑洞、宇宙论、量子引力等。
霍金提出的霍金辐射理论以及黑洞热力学等成果在国际物理学界具有重要的影响和地位。
霍金年轻时曾患肌萎缩性侧索硬化症（ALS），这是一种神经系统疾病，导致肌肉逐渐萎缩，最终导致瘫痪和呼吸衰竭。
然而，霍金始终没有放弃自己的研究工作，通过口头表述或电脑辅助通讯等方式坚持工作，并逐步成为全球知名的科学家和公众人物。
他的励志故事被广泛传颂，并在全球产生了深远的影响。
霍金曾获得许多国际大奖和荣誉，包括1988年的沃尔夫物理学奖、2009年的美国总统自由勋章等。
他还是多个国际学术组织的会员和荣誉会员。
霍金的一些著作也非常畅销，如《时间简史》、《宇宙简史》等。
他的研究成果和学术贡献对于推动物理学和宇宙学的发展产生了巨大的影响。
霍金在其研究领域中提出了多项重要理论和发现。
其中最著名的是霍金辐射理论，该理论表明黑洞不是完全吞噬物质的，它会逐渐散发能量，最终会完全蒸发。
霍金还发现了黑洞热力学规律，即黑洞具有温度和热容量，这意味着黑洞也遵循着物理学的规律。
除了科学研究外，霍金还对公众普及科学有着深刻的贡献。
他的书籍《时间简史》、《宇宙简史》等被广泛读者阅读，其中以《时间简史》最为著名，被翻译成50多种语言并全球销售超过1亿册。
霍金还在电视、电影等媒体上多次亮相，解释科学知识和推广科学精神。
霍金被誉为“现代宇宙学之父”，他的学术成就和生平经历激励了许多人，尤其是那些面临身体上或心理上的障碍的人。
他的智慧、勇气和乐观精神将一直激励人们探索未知的世界，追求科学和技术的进步。
霍金于2018年3月14日在剑桥去世，享年76岁，但他的学术成就和贡献将永远铭刻在科学史上。
我的偶像霍金作文
我的偶像霍金作文霍金作文。
霍金，这个名字对于很多人来说并不陌生。
作为一位世界知名的物理学家和宇宙学家，霍金以其卓越的学术成就和不屈的精神，成为了全世界人们心中的偶像。
他的生平事迹和学术贡献不仅影响了无数人，更是对整个人类文明的贡献。
今天，我们就来一起了解一下这位伟大的科学家霍金。
霍金，全名史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），1942年1月8日出生于英国牛津，是一位世界著名的理论物理学家、宇宙学家和数学家。
他在20世纪80年代提出了霍金辐射理论，成为了当代宇宙学和黑洞物理学的重要理论基础。
他的成就不仅仅是在学术领域，更在于他对生命的不屈精神和对科学的热爱。
霍金从小就展现出了非凡的智慧和对宇宙的好奇心。
然而，他在21岁时被诊断出患有肌萎缩侧索硬化症，这是一种无法治愈的疾病，导致他逐渐失去了行动能力，最终连言语也变得困难。
然而，面对这一残酷的命运，霍金并没有放弃，而是选择了坚强面对。
他依然坚持进行科学研究，用一根手指和一台语音合成器，完成了一系列重要的学术成果，成为了世界上最杰出的科学家之一。
霍金的坚韧和执着精神，深深感染了全世界。
他在学术上的成就更是让人叹为观止。
他提出的霍金辐射理论，解决了黑洞热力学中的一系列难题，成为了当代宇宙学和黑洞物理学的重要理论基础。
他的著作《时间简史》更是成为了畅销书，深入浅出地介绍了宇宙学的基本概念，让普通人也能够了解宇宙的奥秘。
他的贡献不仅仅是在学术领域，更在于他对科学的热爱和对生命的坚守。
霍金的一生，不仅仅是一段传奇，更是一段激励人心的故事。
他用自己的实际行动告诉我们，无论遇到什么样的困难和挑战，只要坚持不懈，就一定能够战胜一切。
他的生平事迹和学术成就，不仅影响了无数人，更是对整个人类文明的贡献。
他的精神和成就将永远激励着我们前行。
总之，霍金是一位伟大的科学家，他的生平事迹和学术成就不仅影响了无数人，更是对整个人类文明的贡献。
霍金物理方面贡献
霍金在物理方面的贡献有哪些？霍金在物理方面的贡献主要有以下几点：1. 奇点定理：霍金与罗杰·佩内罗斯（Roger Penrose）合作，证明了宇宙大爆炸起源于一个奇点。
2. 黑洞辐射理论：霍金提出了黑洞辐射理论，这一理论表明黑洞并非完全黑暗，而是会发射出辐射，这种辐射现在被称为霍金辐射。
3. 黑洞热力学定律：霍金与雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）合作，提出了黑洞热力学定律，将黑洞的熵与其表面积联系起来。
这一理论为研究黑洞的性质和量子引力学提供了重要线索。
4. 无边界宇宙模型：霍金与詹姆斯·哈特尔（James Hartle）合作，提出了无边界宇宙模型，即宇宙没有明确的起点和终点。
这一理论为宇宙的起源和演化提供了新的视角。
5. 信息守恒悖论：霍金提出了关于黑洞信息守恒的悖论，即黑洞会摧毁掉入其中的信息。
霍金在量子引力方面的研究主要集中于黑洞的信息悖论和量子场的重整化。
首先，他提出了黑洞信息悖论，即黑洞在吞噬物质时会在其表面形成所谓的“火墙”，任何进入黑洞的物质都会被火墙烧毁，而不会保留任何信息。
这与量子力学中的信息守恒定律相矛盾。
为了解决这一悖论，霍金提出了量子纠缠和量子误差纠正等概念，这些概念为后来的量子引力研究提供了新的思路。
其次，霍金对量子场的重整化方法进行了深入研究，提出了将广义相对论和量子力学结合起来的理论框架。
他认为，重整化是一种有效的数学工具，可以将高能物理中的无穷大项进行有效的处理，从而使得理论计算更加精确。
这一方法为后来的量子引力研究提供了重要的数学工具。
总的来说，霍金在量子引力方面的研究贡献为后来的研究者提供了重要的思路和工具，促进了量子引力理论的进一步发展。
总的来说，斯蒂芬·威廉·霍金在物理学的多个领域都做出了卓越的贡献，对现代物理学的发展产生了深远的影响。
黑洞辐射理论
黑洞辐射理论
黑洞辐射理论是由英国物理学家史蒂芬·霍金在20世纪70年
代提出的一种物理学理论，也被称为霍金辐射。
根据传统的物理学理论，黑洞由于其引力极强，连光都无法逃脱，因此被认为是完全黑暗的天体。
然而霍金辐射理论却认为，根据量子力学的原理，空间中无论如何微小的量子粒子也会不断产生和消失，这些量子粒子的产生和消失是随机的。
而当这一过程发生在黑洞的附近时，其中一个粒子可能会穿越黑洞的事件视界，而另一个则逃逸到外部空间，形成从黑洞中发出的辐射。
这样一来，黑洞就不再是完全吸收一切，而是会发射出一些能量。
根据霍金辐射理论，黑洞的辐射是由于虚实粒子对的产生和湮灭而引起的，这个过程成为黑洞蒸发。
由于黑洞辐射是与黑洞的质量和大小有关的，质量越大的黑洞辐射强度越小，质量越小的黑洞辐射强度越大。
霍金辐射理论对黑洞的理解产生了重大影响，它指出了黑洞并不是彻底的“吞噬”一切的物体，而是有可能随着时间的推移逐渐蒸发消失。
这也提出了一种在宇宙中形成和演化黑洞的机制。
然而，霍金辐射理论目前尚未得到实验证实。
由于黑洞本身的特性使得其辐射非常微弱，目前的技术手段还无法直接观测到黑洞的辐射。
因此，这一理论仍然是一个活跃的研究领域，科学家们正在寻找更多的证据来验证或修正这一理论。
2020年诺贝尔物理学奖解读：黑洞研究简史
2020年诺贝尔物理学奖解读：⿊洞研究简史北京时间2020年10⽉6⽇下午6点多，诺贝尔奖委员会宣布，将2020年诺贝尔物理学奖的⼀半授予罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），“以表彰他发现⿊洞的形成是⼴义相对论的有⼒预⾔”。
虽然诺贝尔奖委员会并没有具体指明彭罗斯因为哪⼀个理论获奖（诺奖委员会经常这么⼲，当初爱因斯坦的获奖理由就说的不明不⽩），不过，⼤家都将彭罗斯的获奖理由指向他的奇性定理。
奇性定理提出于1965年，那时候，正值⿊洞研究的黄⾦时期。
在彭罗斯提出奇性定理后不久，史蒂芬·霍⾦对其进⾏了进⼀步扩展，因此，这个定理也被称为彭罗斯-霍⾦奇性定理（Penrose–Hawking singularity theorems）。
诺贝尔奖的评奖习惯是，⼀般要等到⼀个理论已经被充分证实了，才会授予相关科学家相关奖项。
彭罗斯能够获奖，可以说⼀定程度上得益于近⼏年引⼒波探测的巨⼤进展，⼀个有⼀个⿊洞被发现，⼴义相对论关于⿊洞的相关理论得到充分的证实。
可惜的是，霍⾦已经于2018年3⽉14⽇逝世，与诺奖⽆缘。
实际上，彭罗斯和霍⾦，已经于1988年共获沃尔夫奖，表彰他们“对于⼴义相对论的重要研究，这些研究显⽰了宇宙奇点的必要性和与⿊洞相关物理”。
本⽂回顾了⿊洞理论的研究历史，解释⿊洞概念如何从早期的猜想，⼀直⾛向严格的研究。
本⽂最早写于2010年前后，2019年做过改写，此次因为诺贝尔奖，再次更新重发。
——————我是历史作⽂的分割线——————（⼀）基于⽜顿理论的早期研究关于⿊洞问题的探讨，可以追溯到⽜顿⼒学时代，当然，当时还没有“⿊洞”（Black Hole）这个词，⽽是叫“暗星”（DarkStars）。
1783年，英国⾃然哲学家、地质学家John Michell在给英国皇家学会（Royal Society）的卡⽂迪许（Henry Cavendish）的⼀封信中，第⼀次提出了可能存在的暗星，相关内容后来发表在皇家学会1784年会报上。
斯蒂芬·霍金最重要的五大贡献
英国著名物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）是当代最重要的广义相对论和宇宙论家，是当今享有国际盛誉的伟人之一，被称为在世的最伟大的科学家，还被称为“宇宙之王”。
他近日迎来了自己的70岁生日，让我们回顾一下这位著名物理学家对科学界所做的最重要的五大贡献：1、1970年：奇性定理霍金70年代研究爱因斯坦的引力理论，他发现在很一般的条件下，空间和时间一定存在奇点，时空似乎被无限弯曲。
不过当时还不清楚奇点是否真实存在。
伦敦伯克贝克学院的罗杰•彭罗斯（Roger Penrose）证实，奇点确实会在黑洞中形成。
后来，彭罗斯和霍金将同样的想法应用到整个宇宙中，并表明爱因斯坦的理论预测我们在遥远过去的奇点，这就是宇宙大爆炸。
霍金与彭罗斯一起证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。
2、1971-1972年：黑洞定理黑洞有自己的一套定理，反映我们更熟悉的热力学定理。
霍金提出第二定理，其中规定，黑洞的总表面面积永远不会变小，至少在目前的古典物理学方面。
又称霍金的黑洞面积定理，这为物理学家提出了一个谜题。
该定理暗示黑洞是热的，否定了古典物理学所认为的黑洞不辐射热量的说法。
霍金还证明了黑洞“无毛”定理：无论什么样的黑洞，其最终性质仅由三个物理量（质量、角动量、电荷）惟一确定。
即当黑洞形成之后，只剩下这三个不能变为电磁辐射的守恒量，其他一切信息（“毛发”）都丧失了，黑洞几乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质，对前身物质的形状或成分都没有记忆。
3、1974-1975年：黑洞如何消失物理学家曾经认为，没有任何东西可以逃脱黑洞。
霍金根据量子理论认为，黑洞应该能够放出热量，并最终消失。
这个过程对于正常的黑洞来说是缓慢的。
与太阳同等质量的黑洞将花费更长的时间蒸发。
但质量较小的黑洞蒸发得更快，它们在临近生命的末期将以惊人的速度释放热量。
在最后的十分之一秒，黑洞可能爆发与一百万个百万吨级的氢弹爆炸相同的能量。
stephenhawking翻译中文
stephenhawking翻译中文Stephen Hawking（斯蒂芬·霍金）是一位英国理论物理学家、宇宙学家和作家。
他在理论物理学和黑洞研究领域做出了重要贡献，并且是现代科学界最伟大的思想家之一。
虽然他在年轻时被诊断出患有肌肉萎缩侧索硬化症（ALS），导致他几乎完全瘫痪，但他仍然坚持继续研究，并成为科学普及的先驱之一。
Stephen Hawking是剑桥大学的教授，并且曾担任该校应用数学与理论物理学系的卢卡斯讲席教授。
他的研究涉及广泛，包括宇宙学、量子力学、引力理论等。
他的著作《时间简史》（A Brief History of Time）成为一本畅销书，并帮助普通读者理解宇宙的起源和发展。
霍金的研究对于理解黑洞和宇宙的演化起到了重要作用。
他提出了霍金辐射理论，该理论表明黑洞会随着时间的推移逐渐失去质量和能量，并最终消失。
这一发现对于量子力学与引力理论的统一提供了重要线索，并对宇宙学领域的研究产生了深远影响。
除了在科学界的贡献，霍金还致力于科学普及工作。
他曾在多个电视节目中担任主持人，并通过书籍、演讲和访谈等形式向公众传递科学知识。
他的深入浅出的解释和幽默风格使得复杂的科学概念变得易于理解和吸引人，激发了无数年轻人对科学的兴趣。
以下是一些中英文对照的例句，展示了霍金的思想和观点：1. "Intelligence is the ability to adapt to change." - Stephen Hawking“智慧就是适应变化的能力。
” - 斯蒂芬·霍金2. "We are just an advanced breed of monkeys on a minor planet of a very average star. But we can understand the Universe. That makes us something very special." - Stephen Hawking“我们只是一种进化较高的猴子，生活在一个普通恒星的一个小行星上。
物理学中的黑洞研究博士生的突破性成果
物理学中的黑洞研究博士生的突破性成果黑洞，作为宇宙最神秘的存在之一，一直以来都是物理学家们争相研究的对象。
它具有极高的引力，在吞噬光线的同时也吞噬了很多人的好奇心。
近日，一名物理学领域的博士生取得了突破性的研究成果，有望解开黑洞谜团。
首先，研究者利用长期以来积累的大量数据，通过分析黑洞周围物质运动的轨迹，推测出黑洞的质量和结构。
这项工作需要对许多复杂的方程进行计算，涉及到广义相对论和量子物理等领域的知识。
研究者们利用先进的数值模拟技术，成功地模拟出了黑洞的形态和行为，为进一步的研究提供了基础。
其次，研究者深入探究了黑洞的边界——事件视界。
他们发现，事件视界并非如传统理论所描述的完全不可逾越的边界，而是存在微弱的涨落和振动。
这一发现不仅改变了人们对黑洞边界的理解，也为其他研究者提供了新的研究思路。
进一步的理论和实验研究显示，这种涨落和振动可能与黑洞内部微观粒子的量子行为有关，这也对量子力学和宇宙学的理论发展提出了新的挑战。
除了对黑洞本身的研究，研究者们还深入探讨了黑洞与宇宙演化之间的关系。
通过模拟和观测，他们发现在宇宙的早期阶段，黑洞的形成和演化对宇宙的结构和性质产生了深远的影响。
黑洞的引力作用促使了宇宙中的物质聚集和形成，进而演化成星系和星系团。
这一研究成果不仅有助于理解宇宙的起源和演化，也为黑洞研究提供了更广阔的视野。
此外，博士生的突破性成果还包括了对黑洞辐射的研究。
根据研究者的理论模型和计算，黑洞并非完全吸收所有物质和能量，而是会通过辐射的形式将一部分能量释放出去。
这种辐射被称为“Hawking辐射”，它的发现对于黑洞的热力学和信息论等领域的研究具有重要意义。
综上所述，物理学中的黑洞研究博士生通过分析和模拟，成功揭示了黑洞的质量和结构，并对黑洞的边界、宇宙演化和辐射等方面进行了深入研究。
这些突破性的成果为人类理解宇宙的奥秘提供了重要的线索和启示，也为未来更深入的黑洞研究奠定了坚实的基础。
我们对这位博士生的成果表示由衷的赞赏，并期待着他的进一步研究成果带给我们更多惊喜和启迪。
导致Unruh-Hawking效应与可延拓出分叉Killing视界的充分条件
导致Unruh-Hawking效应与可延拓出分叉Killing视界的充分条件张靖仪;杨锦波【摘要】文章回顾了“导致Hawking效应的普遍坐标变换”一文中产生Unruh-Hawking效应的条件,对这些条件的作用进行了梳理.基于同样的方法,作者找到了能导致可延拓分叉Killing视界的充分条件并做出了证明.新的条件原则上也可以把非时轴正交的情况包括进来.由于可延拓分叉Killing视界普遍具有非零的表面引力,因此,也可以说这些新条件是导致Unruh-Hawking效应的充分条件.最后以极端RN黑洞为例,讨论了极端Killing视界的情况.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(016)002【总页数】5页(P9-13)【关键词】分叉Killing视界;非零表面引力;Unruh-Hawking效应;极端视界【作者】张靖仪;杨锦波【作者单位】广州大学天体物理中心,广东广州510006;广州大学天体物理中心,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】O412.1Rindler参考系的Unruh效应与黑洞的Hawking辐射的发现已经几十年了，它们的发现令黑洞力学四定律与热力学四定律的“形似”变为“神似” [1-2].人们从不同的角度出发去理解它们，有的从弯曲时空量子场论出发，证明了这种效应是分叉Killing视界的一个普适的性质[3-4]；有的认为虽然已经确定了视界普遍导致这种效应，但是其统计物理的根源尚未得到很好的理解[5-7]; 它同时还有其他物理上很新奇的想法的来源.例如，一个研究有限温度场论的非常有意义的工具——桂氏时空，也是受到这方面研究的启发提出来的[8-9].分叉Killing视界跟黑洞热力学第零定律——表面引力为常数有很大的关系.可以证明，分叉Killing视界的表面引力必定为常数，反过来，表面引力为常数的Killing 视界虽然不一定就是分叉Killing视界，但总可以延拓出一个分叉Killing视界[10]. 此外，WALD还证明了黑洞的熵可以视为微分同胚不变的引力理论对分叉Killing视界的Noether荷[11].可见分叉Killing视界应与黑洞热力学有很深的关系.黑洞的Hawking辐射引发了信息佯谬[12].现在基于全息原理的论证，大部分物理学家都相信Hawking辐射的过程是幺正的，但是不清楚信息释放的机制，一般都认为Hawking原来的计算忽略了出射Hawking辐射粒子与剩下的黑洞的微观态的关联[13].考虑了这一关联之后，幺正性就不会遭到破坏，但是这个考虑又引起了晚期黑洞会不会在视界形成Firewall的争论[14].在这场争论中，MADECENA等[15]提出了ER=EPR的猜想，它断言几何上的Einstein-Rosen桥时空构型跟量子的EPR纠缠对是等价的，例如，Schwarzchild-AdS的最大延拓正好可以在全息原理的意义上跟边界上的热纠缠态对应起来.这个想法起码能在特定的拓扑场论中以某种方式实现[16].随后更加激进的猜想——复杂度-体积对应乃至复杂度-作用量对应也被提出来[17-18].有趣的是，他们所谈的不可穿越虫洞——Einstein-Rosen桥实际上也是分叉Killing 视界的喉部.从这点来看，按照文献[3-4]的结果，起码可以认为ER=EPR在弯曲时空量子场论的层次上是成立的.文献[7]在寻找到Unruh-Hawking效应的统计物理根源这一方向上做出了努力.该文认为时空变量分离变量形式的坐标变换扮演了很重要的角色，地位可能相当于统计物理中的分子混沌假设.只要再提一些物理上合理的要求，可以证明，分离变量型的坐标变换会导致Unruh-Hawking效应.然而这些条件，有些是对坐标系的要求，有些又是对时空的要求，但并没有区分得很清楚.本文希望能进一步理清文献[7]所提条件的含义，进一步讨论它们和分叉Killing视界的关系，找出导致Hawking效应的充分条件.针对线元ds2=-G0dT2+G1dX2+G2dY2+G3dZ2, 文献[7]给出了能导致Hawking辐射的普遍坐标变换:①坐标系变换采取分离变量的形式且f1(x),f2(x),g1(t),g2(t)全都不为常数；②新时空时轴正交③新时空稳态且④满足初条件t=0时，T=0.这4个条件将会把坐标变换的形式限制成条件1构造了一个坐标系变换，但是坐标系变换是可以很随意的，取什么样的坐标变换都可以，初看是一个平凡的条件.条件4不怎么重要，只是个原点选择的问题.实质性的是条件3.条件3该分3个方面看.首先是要求新时空稳态，也就是说时空中存在类时Killing矢量场.其次是把它的积分曲线的参数用作时间坐标t，则可定义Killing矢量场的适配坐标系.在这个坐标系中，自动会有G3=0，粗略地看，这个要求似乎也很平凡.但它配合同样也是看上去很平凡的条件1就不平凡了，它们在一起相当于要求从坐标系{T,X,Y,Z}换到Killing矢量场的适配坐标系必须具有分离变量的形式.最后，条件3中最强的要求是G1=0.一般而言，度规分量与t无关只在适配坐标系中成立，换了其它坐标系就不一定成立.可见条件3还对其它坐标系中的度规分量提出了要求.而这个要求会对G0，G1做出限制，使它们满足一定的关系.它可以等价地理解为对这2个要求：(dT)a(dT)a和(dX)a(dX)a对Killing 矢量场的李导数为零.条件2限制太强，把Kerr一类的黑洞都排除在外，这其实可以改进.重要的是要挑出一个跟Killing矢量场垂直的方向.本节将用文献[7]中的技术，重新研究什么是可延拓出分叉Killing视界的充分条件.给定一个时空，时空里存在标量场r(可以据此定出时空分层)与类时Killing矢量场a, 它们满足:① aar=0.于是可以选定超曲面r=rc,由于 a总是切于超曲面，所以超曲面r=rc里总有 a的积分曲线.任意指定一条，再让rc发生变动，就得到一个以rc为参数的 a 积分曲线族，它张成一个二维子流形.二维子流形上的坐标可以自然地取为r和 a 积分曲线的参数η,并使得它满足，这个二维流形上的诱导度规为显然，aa和arar都不会是η的函数.②用η和r再进一步构造如下形式的标量场T,R其中， 1不能全局为零.要求它们满足如下条件可以证明存在常数c，使得(dT)a(dT)a+c2(dR)a(dR)a=0和L(T2-c2R2)=0成立.再进一步，如果(dT)a(dT)a作为T和R函数，在包括T=R=0的开集上满足-∞<(dT)a(dT)a<0,则可延拓出分叉Killing视界.下面给出证明过程.由T和R的构造可知为了简化公式，定义gTT=(dT)a(dT)a, gRR=(dR)a(dR)a, gηη=(dη)a(dη)a,grr=(dr)a(dr)a.于是因为1(η)不能全局为零,所以从公式(10)可以导出公式(8)和公式(9)就是要求LgTT=LgRR=0,可以导出可见，和都是常数，而且是非零常数.非零是因为如果常数为零，就会有g0和g1为常数, 继而T和R的表达式，不能用来构成坐标变换.反之可以设0=w1g1和1=w0g0，其中w0,w1都是不为零的常数.这样就有gηη.再次运用公式(8)和公式(9)可以求出公式(14)又给出于是，有根据上式和 a类时,可以得出w0与w1必定同号，这样0=w1g1和1=w0g0还蕴含着,即为常数,不妨记为K.并且，式(19)可以推出于是f1=af0,其中a是任意非零常数.从式(15)可以得到配合,还可以知道L，更进一步，有w0与w1必定同号意味着是正的常数.还可以求出可见K必定是负的常数， a类时说明gηη<0.条件gTT=(dT)a(dT)a为有限负数是可以得到满足的.引进坐标变换ξ = ,那么dr, 二维面上的诱导线元关系式(22)变为再根据和gTT必定是个有限负数，有原来讨论的时候要求a是类时的，只占据了R2<0区域，即ξ>0的范围.而式(26)和式(27)则表示ξ→0时，有aa→0.ξ可以光滑地延拓到等于0和小于0的地方，分别对应R2=0和的区域.在T-R平面上，代表和根直线，可见它就是分叉Killing 视界.命题得证.实际上对gTT在T=R=0附近的有限性要求暗示人们，即使坐标变换采取时空变量分离、时间部分作为双曲函数出现的形式，也不一定能延拓出分叉Killing视界，因而不一定有非零的表面引力.以RN黑洞为例，分极端情况和非极端情况讨论,以此来说明(dT)a(dT)a的重要性.给出RN黑洞的线元表达式视界位置由方程r2-2Mr+Q2=0决定.先讨论非极端黑洞，有r+≠r-，于是线元可以写为引入坐标变换其中则有其中如果选择，那么，而且在r=r+处是解析的.T,R可以延拓到T2-R2<0的区域以外.而这个ω的选择正好就是外视界r=r+的表面引力.对内视界也一样，如果选择,则G(r)在r=r-处解析.现在再来讨论极端RN黑洞，这时r+=r-=M，于是线元表达式是引入类似的坐标变换其中，将得到ds2=G(r)(-dT2+dR2)+r(T,R)2dΩ2其中r作为T,R的函数由下式决定无论如何选择ω,G(r)在r=M处的奇异性都无法消去，但是r=M对极端RN黑洞而言只是一个坐标奇性，这说明了坐标系{T,R}只能覆盖到T2-R2<0的区域，它没有办法做延拓.文献[7]提及的4个条件，极端RN黑洞都能满足，确实如同证明所表现的那样一定可以找到该文献中提到的特定的坐标变换:T=f(r)sinh(ωt),R=f(r)·cosh(ωt),然而极端RN黑洞的表面引力为0，意味着在极端RN黑洞的时空中不存在Hawking辐射(但可以有粒子对产生[19]).也就是说这种形式的坐标系变换并不如原来想象中那样会导致Hawking辐射.只有当可以延拓出分叉Killing视界的时候，才会有Unruh-Hawking效应.而要做到这点，就要在原来所提条件的基础上多加一个对(dT)a(dT)a解析性质的要求.可延拓出分叉Killing视界的充分条件是存在标量场r与类时Killing矢量场 a，满足 aar=0，并且可以利用它们去构造2个标量场T和R,满足要求L(dT)a(dT)a=L(dR)a(dR)a=(dT)a(dR)a=0，和要求(dT)a(dT)a作为T和R的函数在T=R=0附近有限.aar=0和L(dT)a(dT)a=L(dR)a(dR)a=(dT)a(dR)a=0 2个条件导致了L和个结果.这2个结果保证坐标变换中的η变量总会以双曲函数的形式出现.(dT)a(dT)a作为T和R的函数在T=R=0附近有限意味着总可以延拓出分叉Killing视界，于是总有一个非零的表面引力.最后这点的要求必不可少，极端RN黑洞就是一个很好的例子.【相关文献】[1] HAWKING S W. Particle creation by black holes[J]. Commun Math Phys，1975，43: 199-220.[2] UNRUH W G, WEISS N. Acceleration radiation in interacting field theories[J]. Phys Rev D，1984，29: 1656-1662.[3] JACOBSON T. A note on Hartle-Hawking Vacua[J]. Phys Rev D, 1994, 50:6031-6032.[4] SANDERS K. On the construction of Hartle-Hawking-Israel states across a static bifurcate killing horizon[J]. Lett Math Phys, 2015, 105(4): 575-640.[5] 赵峥. 四维静态黎曼时空中的Hawking辐射[J]. 物理学报，1981，30: 1508-1518.ZHAO Z. Hawking radiation in four dimensional static Riemann spacetime[J]. Acta Phys Sin, 1981, 30: 1508-1518.[6] 刘辽. 费曼路径积分和霍金蒸发[J]. 物理学报，1982，31(4): 519-524.LIU L. Feynman’s Path-integral Method and Hawking evaporation[J]. Acta Phys Sin, 1982, 31(4): 519-524.[7] 赵峥. 导致Hawking效应的普遍坐标变换[J]. 物理学报，1990，39(11): 1854-1862.ZHAO Z. University coordinate transformation leading to Hawking effect[J]. Acta Phys Sin, 1990, 39(11): 1854-1862.[8] GUI Y X. Quantum field in η-ξ spacetime[J]. Phys Rev D，1990，42: 1988-1995.[9] GUI Y X. Fermion fields in η-ξ spacetime[J]. Phys Rev D，1992，45: 697-700.[10]RACZ I, WALD R M. Extensions of spacetimes with killing horizons[J]. Class Quantum Grav，1992，9(12): 2643-2656.[11]WALD R M. Black hole entropy is the noether charge[J]. Phys Rev D，1993，48:R3427-3431.[12]HAWKING S W. Breakdown of predictability in gravitational collapse[J]. Phys Rev D，1976，14: 2460-2473.[13]VERLINDE E, VERLINDE H. Black Hole entanglement and quantum errorcorrection[J/OL]. 2012,arXiv:1211.6913v1 [hep-th].[14]ALMHEIRI A, MAROLF D, POLCHINSKI J, et al. Black Holes: Complementary or firewalls[J/OL]. 2012,arXiv:1207.3123v4 [hep-th].[15]MALDACENA J, SUSSKIND L. Cool horizons for entangled black holes[J/OL].2013,arXiv:1306.0533v2 [hep-th].[16]BAEZ J C, VICARY J. Wormholes and Entanglement[J/OL]. 2014,arXiv:1401.3416v2[gr-qc].[17]SUSSKIND L. Entanglement is not enough[J/OL]. 2014,arXiv:1411.0690v1[hep-th].[18]BROWN A R, ROBERTS D A, SUSSKIND L. Complexity equals action[J/OL].2015,arXiv:1509.07876v1 [hep-th].[19]CHEN C M, KIM S P, LIN I C, et al. Spontaneous pair production in reissner-nordström Black Holes[J/OL]. 2012,arXiv:1202.3224v2 [hep-th].。
物理学家的故事
物理学家的故事引言物理学家是对于世界的探索和研究充满热情的学者。
他们通过观察、实验和理论推导，揭示了自然界的规律和现象。
在这篇文章中，我们将讲述几位著名物理学家的故事，他们的奋斗和贡献对物理学的发展产生了重要影响。
霍金的奇迹之旅斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）是一位享誉世界的理论物理学家，对黑洞和宇宙起源等课题做出了重要贡献。
然而，霍金在二十一岁时被诊断出患有肌肉萎缩侧索硬化症（ALS），这种疾病导致他的身体渐渐衰弱，最终完全瘫痪。
尽管如此，他并没有放弃他的研究和科学事业。
在身体状况逐渐恶化的过程中，霍金用更多的时间专注于思考和理论研究。
他提出了霍金辐射理论，解决了黑洞热力学悖论，并得出了大爆炸理论中黑洞的一些重要结论。
霍金的奇迹之旅不仅彰显了人类自强不息的精神，也展示了个人意志和智慧的伟大力量。
汤川秀树的“魔术”汤川秀树（Hideki Yukawa）是日本著名的理论物理学家，他被誉为粒子物理学的先驱之一。
在二十世纪三十年代，物理学家们开始研究原子核内部的强力相互作用，但他们很难解释强力相互作用是如何起作用的。
汤川秀树在1948年提出了一种被称为“魔术”的理论，通过引入了一个新的粒子——介子，成功地解释了强力相互作用的本质。
这个理论引起了国际物理学界的广泛关注，并为汤川秀树赢得了1949年的诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦的相对论谈论物理学家，不得不提及阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），他被公认为是现代物理学的伟大先知之一。
爱因斯坦的相对论理论引起了世界范围内的关注和讨论。
在1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，颠覆了经典力学的观念，并解释了光速不变的原理。
十年后，他又发展了广义相对论，提出了引力波和曲率时空的概念。
这些理论给人类对宇宙和时间的认识带来了重大变革，并为爱因斯坦赢得了1921年的诺贝尔物理学奖。
总结物理学家们的故事充满了坚持、奉献和创新的精神。
当代物理学领域的前沿研究
当代物理学领域的前沿研究物理学是自然科学的重要学科之一，它研究物质和能量以及它们之间的关系。
在物理学领域中，许多前沿的研究议题都是建立在现有理论和实践基础上的，这些研究使我们对物理世界的认识更加深入和精确。
黑洞黑洞是一种极特殊的天体，它的质量可以比太阳质量还大上千万倍，而体积却比太阳小很多。
黑洞表面形成一个所谓的事件视界，该视界的内部图像和信息都无法被观察或检测到。
黑洞作为物理学中的热点问题，其研究重点之一是黑洞的形成和演化，以及与其他天体的相互作用问题。
在近年来，科学家们已经通过对激光干涉引力波探测实验的成功和对双星系列研究的进一步挖掘，开始对黑洞以及黑洞中心的奇点进行研究。
宇宙学宇宙学是物理学和天文学中的一个聚焦点，它研究宇宙的起源、演化、结构和未来发展趋势。
宇宙中最幸福而令人深感不可思议的是生命从何而来，宇宙学即在探寻这个问题。
科学家们从太空探测、欧洲最大空间望远镜、史蒂芬・霍金的研究等多方面入手，进行着宇宙学的开拓和深入探究。
在这个领域，黑洞和暗物质等话题也是一个重要的研究方向，通过这些热点问题的研究，科学家会更加精确地掌握宇宙的发展史和演化过程。
量子物理量子物理是当代物理学中一个非常有趣且神秘的方向，它理论和实践上都很困难。
在一定程度上，量子物理与热力学领域有关联，但是在量子这个维度上，物质和能量表现出来的却是完全不一样的思维，因此量子物理也被称为新的物理学思维。
科学家们运用光学、量子光学、量子计算、量子通信等多种手段进行了量子物理的探究。
近年来，其发展速度更是如火如荼，相关研究不仅在学科发展，也在众多领域应用中发挥越来越大的作用。
黑暗能量黑暗能量是很多宇宙学家深入研究的话题，其质量是黑暗物质的两倍以上。
黑暗能量是一种理论上的推论，没有物理实验证实，它是对当今宇宙膨胀加速而无法解释的原因的一个猜想。
此外，黑暗能量与广义相对论、时空几何等各种理论密不可分，也是物理学领域新兴的研究方向之一。
霍金辐射简介
霍金辐射霍金辐射是由著名的英国理论物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）于1974年提出的一种重要的天体物理现象。
霍金辐射理论对于我们理解黑洞的性质和演化起到了关键作用，它的主要观点如下：1. 背景：在之前的物理理论中，黑洞被认为是完全黑暗的，即它们不会发出任何形式的辐射。
然而，霍金辐射理论颠覆了这一观点，提出了黑洞实际上会辐射出微弱的热辐射，这个现象被称为“霍金辐射”。
2. 原理：霍金辐射的产生是基于量子场论的原理。
根据不确定性原理，虚空中会存在短暂的粒子-反粒子对，它们以一对即时生成并互相湮灭。
在黑洞的事件视界附近，这一过程受到引力的强烈扭曲，导致其中一个粒子被吸入黑洞，而另一个粒子逃脱成为了霍金辐射。
这样，黑洞就会失去质量和能量，并以极微弱的方式辐射出粒子，包括光子（光线）和其他粒子。
3. 特征：霍金辐射是热辐射，其特征温度与黑洞的质量成反比。
质量越大的黑洞，其霍金辐射的温度越低，反之亦然。
这意味着小质量的黑洞会更快地辐射出可观测的能量，而大质量黑洞则以极微弱的方式辐射。
4. 影响：霍金辐射具有重要的物理和天文学影响。
首先，它表明黑洞并非永久黑暗，而是会随时间逐渐失去质量，最终可能会蒸发殆尽，这被称为“霍金蒸发”。
其次，霍金辐射的存在对于我们理解宇宙中黑洞的分布和演化具有重要意义，它可能对宇宙中的黑洞种群产生影响。
5. 实验验证：尽管霍金辐射理论已经存在多年，目前仍然没有直接观测到。
这是因为黑洞的霍金辐射非常微弱，远远低于现有技术观测的灵敏度。
科学家们正在努力发展更先进的技术和方法来寻找间接证据或实验验证霍金辐射的存在。
总的来说，霍金辐射理论是理论物理学中的一个重要突破，它改变了我们对黑洞性质的认识，并为我们提供了更深入的洞察力，使我们能够更好地理解宇宙中这些神秘的天体。
2。
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作用力和反作用力
力学相对性原理
对任何惯性系，力学运动规律完全相同.或者说， 对力学运动规律而言，一切惯性系都是等价的. 伽利略变换是力学相 对性原理和经典力学时空 观的集中体现
x' x vo ' t y' y z' z t ' t
x x' vo 't ' y y' z z' t t '
April 10, 2014
黑洞物理的新进展
广义相对论基础 黑洞的概念 黑洞热力学
Hawking辐射——相对论和量子论
黑洞熵的统计起源——Brick-Wall Method
信息佯谬——Tunneling Model
Laudauer传输与非平衡热力学
黑洞相变
广义相对论
麦克斯韦电磁理论
1 A 1 2 A 2 2 2 0 J , c t c t
2
库仑规 A 0.)
洛仑兹规范
1 A 2 c 1 2 2 c 1 ( A 2 0.) c t
dt
dt 1 v / c
2 2
dt .
对于运动参考系静止的直尺，在静止参考系中同时测量。根据 Lorentz变换，有
dx
dx 1 v / c
2 2
dx.
尺缩、钟慢、……
同时的相对性
v dx dt 2 . c 1 v2 / c2
时序与因果关系
t 2 t1
t1 ) (t 2
从 相对性原理 光速不变原理 洛伦兹变换
爱因斯坦的理论受到洛伦兹的反对，洛伦兹称其为相对论
绝对参考系和以太的寻找
麦克尔逊-莫莱实验装置
狭义相对论
（1）狭义相对性原理； （2）光速不变原理。 时间 空间
时空的概念
能量 动量
Lorentz变换
x x vt
2 2
1 v / c y y, z z,
.
惯性系与绝对时空
牛顿水桶实验
惯性系与绝对时空
时间的测量往往是通过重复性的事件来实现的，最常用的就 是我们熟悉的钟和表，实际上自然界里许多重复性的过程早 已被人们当作计时标准了。例如，太阳的升起和降落表示天， 四季的更迭循环称作年，月亮的盈亏是农历的月等等。另外， 铜壶的滴漏、人体的脉搏、双星的旋转、单摆的摆动、分子 的振动等，也可以用作测时的手段，当然它们有的准确、有 的粗糙。
v2 t ' L v2 n L t ( ) [1 ( ) ], v1 v2 v1 n 0 v1 v1
t ' 1
1 v1 v2 t' ln[1 ( )t ]. ln(v2 / v1 ) L
麦克斯韦电磁理论
E , 0
E B 0 0 0 J , t B 0, B E . t
1
相空间
牛顿三定律
（1）牛顿第一定律
孤立质点保持静止或做匀速直线运动.
孤立质点相对其静止或做匀速直线运动的参考系 为惯性参考系, 简称惯性系. （2）牛顿第二定律 质点所获得的加速度的大小, 与它所受作用力的 大小成正比, 与它的质量成反比; 加速度的方向与所 受作用力的方向相同. 惯性系 惯性质量与引力质量相等而称为质量. （3）牛顿第三定律
能量与质量本身之间存在着简单的比例关系
E mc2
m0 c 2 1 u2 / c2
.
广义相对论
狭义相对论的两个困难
惯性系无法定义 万有引力定律纳不进相对论框架
广义相对论的物理基础
广义相对性原理 等效原理
引力与时空的 理论
牛顿与苹果落地
爱因斯坦升降机
广义相对论的数学基础
真实运动曲线、可能运动曲线
(2)完整有势系统的哈密顿原理
, t dt S Lq , q
t1 t0
q q (t )
动能
势能
, t ) T V T (q , q , t ) V (q , t ) L L(q , q
哈密顿原理 受完整约束的有势系, 在位形空间中, 相同时间 内通过两位形点间的一切可能运动曲线中, 真实运动 曲线使作用量取极值. (极值为极小值, 故此原理又称 为哈密顿最小作用量原理.） 一切可能运动必须具有以下共同的特点: (a)都是同一系统在相同的约束条件下的可能运动 ;
测地线方程
万有引力不是真正的力，是
时空弯曲的表现
地球上的自由落体运动
行星绕日运动
都是“惯性”运动
广义相对论的实验验证
引力红移 光线偏折
行星轨道近日点的进动 主要应用领域：黑洞、宇宙学
天文学家发现和模拟的黑洞
黑 洞
从牛顿理论预言（200年前，拿破仑时代）
米歇尔（1783） 拉普拉斯（1796）
2 2
M 0
r
内禀奇异性
闵可夫斯基度规
渐近平直时空
r0
2GM r 2 c
2GM g 00 (1 2 ) cr
关于引力和时空的理论，它第一次理性地揭示了时空的本质， 彻底地否定了牛顿的绝对时空观。时空与物质的存在和运动 是紧密联系在一起的，物质的存在和运动引起时空的弯曲， 时空的弯曲又反过来影响物质的运动。
广义相对论
十九世纪末的“两朵乌云”
1900年，英国皇家学会，开尔文：“物理学 的大厦已经建成，未来的物理学家们只需 要做些修修补补的工作就行了。”
ds2 g dx dx
时空间隔和光锥
类光间隔 类空间隔 类时间隔
ds 0
2
ds 0
2
ds 0
2
广义相对论的核心
场方程
R 1 g R T 2
时空曲率
物质
物质使时空弯曲
运动方程
d 2 x dx dx 0 2 ds ds ds
黑洞
黑洞物理
历史上的黑洞
1796年，英国剑桥大学的学监米歇尔和法国科学家拉普拉斯
1 2 EP mc 2
光子不可能逃离星球条件
GMm EV r 1 2 GMm mc 2 r
2GM r 2 c
黑洞物理
Schwarzschild黑洞
2GM 2 2GM 1 2 ds c (1 2 )dt (1 2 ) dr r 2 (d 2 sin 2 d 2 ) cr cr
最亮的星有可能是看不见的 ( 暗星)
GMm r
≥
1 2 mc 2
r≤
2GM 2 c
黑洞物理
恒星演化的归宿
（1）剩余质量小于钱德拉塞卡极限（1.4 M ） 白矮星
靠电子的简并压力（泡利斥力）来与万有引力抗衡而形成的稳定天体
（2）剩余质量超过1.4 M ，小于奥本海默极限（约3 M ） 中子星 靠中子间的泡利斥力与万有引力相抗衡的星体 （3）剩余质量超过奥本海默极限
黎曼几何与张量分析 欧氏几何、罗氏几何（鲍耶、高斯、罗巴切夫 斯基）、黎氏几何
空间曲 率 黎氏几何 欧氏几何 罗氏几何 正 零 负 平行线 三角形三 内角之和 >1800 ＝1800 <1800 圆周率 举例
无 一条 两条以上
<π ＝π >π
球面 平面 伪球面
牛顿的时空观和欧氏几何
时间和空间都是均匀的、各向同性的； 时间和空间是互相独立的； 空间距离和时间间隔是绝对的，和参考系 无关，不因参考系的运动而变化。
d L L 0 q dt q
1,2,, s
1834年
哈密顿正则方程
H q p , 1, 2, p H , q
正则方程
, s,
H L . t t
s
H (q , p , t ) p q L
黑体辐射：量子力学； 迈克尔逊实验：相对论（包括狭义相对论 和广义相对论）,广义相对论是关于引力和 时空的理论。
1687年
牛顿力学的基本理论框架
牛顿三定律
力的独立作用原理
完整的牛顿力学理论体系
万有引力定律
F Gm1m2 / r 2
哈密顿原理
(1)位形空间、真实运动曲线和可能运动曲线 由 s 个广义坐标 q1 , q2 ,, qs 组成的 s 维空间称为 位形空间. 用位形空间研究完整系的运动,不用顾及约束对系 统运动的影响.位形空间中的任何一条曲线,都表示系 统在完整约束下的一种可能的运动过程.
(b)都是在相同时间间隔内完成的 运动; (c)在位形空间中有相同的起点和 终点.
, t dt 0 δS δ Lq , q
t1 t0
1788年
完整有势系的拉格朗日方程
, t )dt 0 S L(q , q
t0 t1
, t ) L T V L(q , q
圣•奥古斯丁：“时间是什么？没人问我， 我很清楚，一旦问起，我便茫然。”
芝诺佯谬
古希腊哲学家芝诺有一个很著名的论证，那就是跑得最快的 神话英雄阿基里斯也是永远追不上跑得最慢的一只乌龟的。 理由如下：因为开始时阿基里斯处在乌龟的后面，所以阿基 里斯要追上乌龟必须首先到达乌龟的出发点，这需要用有限 的时间，而在这段时间里乌龟必定向前移动了一段距离进而 到达了前面的一点。此时，阿基里斯仍然需要首先到达乌龟 的当前位置，循环类似上面的过程，乌龟必定还要到达更前 面的位置。如此重复下去，就是进行无穷多次，乌龟也不会 落在阿基里斯的后面。如何解开这个佯谬呢？
洛伦兹的观点
放弃相对性原理 麦克斯韦电磁理论只对绝对空间正确 （光相对绝对空间的速度是c ） 存在洛伦兹收缩 用洛伦兹变换取代伽利略变换