首页 > 时间简史 > 第16章 黑洞不是这么黑的(1)

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在1970年之前,我关于广义相对论的研讨,首要集合因而否存在一个大爆炸奇点。但是,同年11月我的女儿露西出世后不久的一个早晨,当我上床时,开端思虑黑洞的题目。我的残废使得这个过程相称迟缓,如许我有大量时候。当时候还不存在关于时空的那些点是在黑洞以内还是在黑洞以外的准肯定义。我已经和罗杰・彭罗斯会商过将黑洞定义为不能逃逸到远处的事件调集的设法,这也就是现在被遍及接管的定义。它意味着,黑洞鸿沟――即事件视界――是由刚好不能从黑洞逃逸,而只在边沿上永久回旋的光芒在时空里的途径构成的 。这有点像从差人那边逃开,但是仅仅保持比差人快一步,而不能完整逃脱的景象!

人们非常轻易从黑洞面积的非减行动遐想起被叫做熵的物理量的行动。熵是测量一个体系的无序的程度。知识奉告我们,如果不停止内部干与,事物老是偏向于增加它的无序度。(你只要停止保养屋子就会看到这一点!)人们能够从无序中缔造出有序来(比方你能够油漆屋子),但是必须耗损精力或能量,如许减少了可操纵的有序能量的数量。

看来在大多数环境下,这个建议制止热力学第二定律遭到违背。但是另有一个致命的瑕疵。如果一个黑洞具有熵,那它也应当有温度。但具有特定温度的物体必须以必然的速率收回辐射。从平常经历晓得:只要将火钳在火上加热,它就会发光发热,收回辐射。但在高温下物体也收回辐射;只是因为辐射量相称小,在凡是环境下没有重视到。为了制止违背热力学第二定律,这辐射是必须的。以是黑洞必须收回辐射。但恰是遵循其定义,黑洞被以为是不收回任何东西的物体。是以,黑洞的事件视界的面积仿佛不能以为是它的熵。1972年,我和布兰登・卡特以及美国同事詹姆・巴丁合写了一篇论文,在论文中我们指出,固然在熵和事件视界的面积之间存在很多类似点,但还存在着这个致命的困难。我必须承认,写此文章的部分动机是因为被柏肯斯坦激愤,我感觉他滥用了我的事件视界面积增加的发明。但是,最后发明,他根基上还是精确的,固然是在一种他必定没有预感到的景象下。

和其他科学定律,比方牛顿引力定律比拟,热力学第二定律的状况相称分歧。比方,它只是在绝大多数的而非统统景象下建立。在今后某一时候,我们第一个盒子中的统统气体分子在盒子的一半被发明的概率只要几万亿分之一,但它们能够产生。但是,如果四周有一黑洞,仿佛存在一种非常轻易的体例违背第二定律:只要将一些具有大量熵的物体,比方一盒气体,抛进黑洞里。黑洞以外物体的总熵就会减少。当然,人们仍然能够说,包含黑洞里的熵的总熵没有降落――但是因为没有体例看到黑洞内里,我们不能晓得内里物体的熵为多少。如果黑洞具有某一特性,黑洞外的察看者因之可晓得它的熵,并且只要照顾熵的物体一落入黑洞,它就会增加,那将是很美好的。紧接着上述的黑洞面积定理的发明,即只要物体落入黑洞,它的事件视界面积就会增加,普林斯顿大学一名名叫雅可布・柏肯斯坦的研讨生提出,事件视界的面积便是黑洞熵的量度。因为照顾熵的物质落到黑洞中时,它的事件视界的面积会增加,如许就使黑洞外物质的熵和事件视界面积的和永久不会降落。

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