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霍金为人类作出的贡献(7)

来源:名资汇网 2018-04-10 10:43:39

  这是一个非常显著的结论,我们希望在自然界中发现的黑洞必须符合克尔几何。正如伟大的理论物理学家Subramanyan Chandrasekhar后来评论说,黑洞是宇宙中最完美的宏观物体,它是由空间和时间构成的;此外,它们也是最简单的,因为它们可以通过一个明确的几何精确描述(克尔)。

  在他在这个领域的工作之后,霍金建立了许多关于黑洞的重要结果,例如关于黑洞视界(它的边界表面)的论证,必须有一个球体的拓扑结构。在1973年出版的作品中,他与卡特和詹姆斯巴丁合作,在黑洞的行为和热力学的基本定律之间建立了一些显著的类比,其中地平线的表面积及其表面重力分别与熵和温度的热力学量相似。可以说,在他活跃的时期,霍金在古典广义相对论中的研究是当时世界上最好的。

  霍金,巴丁和卡特将他们的“热力学”黑洞行为仅仅作为一个比喻,没有字面上的物理内容。 大约一年左右,雅各布贝肯斯坦已经表明,物理一致性的要求意味着,在量子力学的背景下,黑洞确实必须具有实际的物理熵(“熵”是物理学家对“无序”程度的测量),与地平线的表面面积成正比,但他无法精确地确定比例因子。然而,另一方面,似乎黑洞的物理温度必须完全为零,这一点则与此类推并不一致,因为没有任何形式的能量可以逃脱,所以霍金和他的同事们不准备把他们的类比完全当真。

  然后霍金把注意力转向与黑洞有关的量子效应,他开始计算,以确定在大爆炸中可能产生的微小旋转黑洞是否会辐射出它们的旋转能量。他吃惊地发现,任何旋转都会辐射出能量——根据爱因斯坦的能量守恒定律,这就是它们的质量。因此,任何黑洞实际上都有一个非零的温度,这与巴德-卡特-霍金类比恰好一致。此外,霍金能够为比肯斯坦无法确定的熵比例常数提供“1/4”的精确值。

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