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无毛定理,黑洞性质都由几个物理量唯一确定

来源:www.crich.org.cn时间:2017-01-09编辑:郭陈应子最记录:手机版

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无毛定理是什么,其实这是对黑洞的性质做出的一种解释,然而这到底是什么呢,今天小编就来给大家细说无毛定理。并且据说霍金提出的引力波也是符合无毛定理,还做出了相关的研究,看了下面的文章,相信大家应该会对其有更深的了解。

无毛定理是什么

无毛定理解释

无毛定理,黑洞性质都由几个物理量唯一确定

无毛定理是指无论什么样的黑洞,最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)唯一确定。即当黑洞形成后,只有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无记忆。黑洞的命名者惠勒戏称此为黑洞无毛。这也就是无毛定理,大家应该会有所了解。

无毛定理结论

一个黑洞就像一个基本粒子一样简单。尽管基本粒子也是把质量、角动量、电荷集中在一个很小的体积内。但是,只要考虑一下视界存在的条件,就知道没有什么比基本粒子与黑洞的差别更大。

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以电子为例,实验已经确定它的3个参量,就相同质量来说,电子的电荷和角动量超过黑洞上限的10的88次方。这个令人惊谔的数字甚至超过了可观测的宇宙基本粒子总数,无毛定理这正是一个电子和一个克尔-纽曼黑洞之间差异的量度。

引力波吻合黑洞无毛定理

霍金提出引力波是观察宇宙的捷径

霍金曾提出过黑洞是平行世界的入口,被称为是霍金悖论。随之的当LIGO宣布了引力波被探测到这一历史性消息后,英国物理学家及黑洞理论学家斯蒂文·霍金迅速对以美国科学家为首的科学联合组织表示了祝贺,并分享了他对这一历史性消息的激动之情。“这些结果证明了爱因斯坦广义相对论里几项非常重要的预言,”霍金在BBC的访谈中说道。“直接证明了引力波的存在。”最后又证明引力波与无毛定理是相吻合的。

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直接探测到引力波不仅证明了爱因斯坦著名的广义相对论,还让之前“漆黑”的宇宙第一次向人类敞开了大门。天文学上利用电磁频谱(例如可见光、X射线、红外线等)来研究宇宙,但电磁频谱中不发光的星体会被忽略。然而现在我们知道了如何探测引力波,我们探测和研究某些最高能宇宙现象的范式也可能就此改变。

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“引力波为我们观察宇宙提供了一条崭新的路径,”霍金说道。“观测到引力波就意味着有可能带来天文学上的革命。”通过LIGO在路易斯安那州和华盛顿的两处观测站点,物理学家们不仅探测到了引力波;该引力波包含了一个非常清晰的信号,与13亿光年外黑洞并合体的理论模型十分匹配。经过对黑洞并合后发出的信号进行初始分析,霍金发现这一无毛定理与他在70年代提出的理论似乎是吻合的。

霍金试图找到黑洞的“紧急出口”

“这一发现是人类首次探测到黑洞双星系统并首次观测到黑洞并合,”他说。“观测到的这一系统的种种特性都符合1970年我在剑桥大学做出的关于黑洞的预言。”霍金最为人所知的成就或许就是将量子理论与黑洞物理学相融合,认识到黑洞会随时间蒸发,将他与理论物理界中大名鼎鼎的“火墙悖论”联系在一起。

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不过这里,霍金指的是他的黑洞面积定理,即铸就黑洞力学第二定律的基础。在这一定律中,黑洞的面积不会随时间减小。从这一定理可以推出,如果两个黑洞并合,并合后黑洞的视界线面积“大于两个初始黑洞的面积之和”。霍金也指出,这一引力波信号也吻合黑洞“无毛定理”,即黑洞可以只用自转、质量及电荷这三个参数来描述。

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要解释这第一个引力波信号为何与理论相符是个复杂的大工程。我们只需要知道,引力波的发现证明了数十年来毫无观测证据的理论,这就足够了。我们刚刚听到了黑洞重生之际时空的“鸣音”“这次的发现也为天文物理学家献上了一道谜题,”霍金说。“这两个黑洞中,每一个的质量都大于恒星引力坍缩形成的黑洞——那么这两个黑洞是如何具有如此大质量的?”

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这个问题触及了围绕黑洞演化相关的最大的谜团之一。目前,天文学家仍无法解释黑洞的巨大质量从何而来。一方面,存在着大质量恒星演化为超新星后即刻形成的恒星型黑洞;另一方面,我们也有充分证据表明超大质量黑洞蛰伏在绝大部分星系中心。然而这二者之间却并无关联。

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如果黑洞是通过并合与消耗恒星物质来生长的,就应该有各种规模的黑洞存在,也就是无毛定理的存在。然而中等质量的黑洞和数十倍太阳质量的黑洞却极为罕见,使得很多黑洞演化理论遭到质疑。我们已经确认,此次探测到的引力波是由双黑洞并合引发的。两个分别是29倍和36倍太阳质量的黑洞碰撞并合为一,产生出一个非常清晰的引力波信号。尽管如此,正如霍金指出,这一质量的黑洞是如何形成的可以为黑洞的生长方式提供一些线索。

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