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为什么要研究黑洞?

科学通报 2022年第27期67卷 3241-3246页

作者：陈弦北京大学物理学院天文学系北京100871 北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871

黑洞是宇宙中最神秘的天体之一,也是物理学、天文学的重要研究对象,更是公众关心的热门话题.看似与日常生活毫不相关的黑洞研究,实际上深远地影响了科学、技术乃至人类生产生活方式的进步.“宇宙中的黑洞是如何形成和演化的?”入选2022... 详细信息

黑洞是宇宙中最神秘的天体之一,也是物理学、天文学的重要研究对象,更是公众关心的热门话题.看似与日常生活毫不相关的黑洞研究,实际上深远地影响了科学、技术乃至人类生产生活方式的进步.“宇宙中的黑洞是如何形成和演化的?”入选2022年度中国科协“重大科学问题”,笔者将通过梳理黑洞研究所经历的部分关键节点,尝试对此问题进行解读.

关键词：黑洞形成和演化中国科协重大科学问题重要研究对象天文学热门话题关键节点

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黑洞

初中生之友 2023年第8期 7-9页

作者： [英]斯蒂芬·威廉·霍金不详

黑洞这一术语是不久以前才出现的。它是1969年美国科学家约翰·惠勒为了形象地描述至少可回溯到200年前的这个思想时杜撰的名字。那时候,共有两种光理论:一种是牛顿赞成的光的微粒说,另一种是光由波构成的光波动说。我们现在知道,这两... 详细信息

黑洞这一术语是不久以前才出现的。它是1969年美国科学家约翰·惠勒为了形象地描述至少可回溯到200年前的这个思想时杜撰的名字。那时候,共有两种光理论:一种是牛顿赞成的光的微粒说,另一种是光由波构成的光波动说。我们现在知道,这两者实际上都是正确的。由于量子力学的波粒二象性,光既可认为是波,也可认为是粒子。

关键词：波粒二象性量子力学光的微粒说黑洞光波动说牛顿科学家

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发现最古老的超大质量黑洞

科学通报 2022年第22期67卷 2605-2609页

作者：吴学兵北京大学物理学院天文学系北京100871 北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871

美国《科学新闻》(Science News)杂志网站在2021年12月20日的报道中,梳理了2021年度令人惊奇的六大科学纪录,其中天文学家发现的迄今最古老的巨大黑洞(即红移为7.642的类星体J0313-1806中心质量为16亿倍太阳质量的黑洞)名列榜首(图1),... 详细信息

美国《科学新闻》(Science News)杂志网站在2021年12月20日的报道中,梳理了2021年度令人惊奇的六大科学纪录,其中天文学家发现的迄今最古老的巨大黑洞(即红移为7.642的类星体J0313-1806中心质量为16亿倍太阳质量的黑洞)名列榜首(图1),这些新发现拓展了科学研究的极限和人类的想象力.本文将对这一发现迄今最古老巨大黑洞的研究过程及其科学意义进行简要解读,并对今后相关研究进行展望.

关键词：类星体黑洞太阳质量杂志网站科学研究想象力

黑洞的诺奖之路——2020年度诺贝尔物理学奖解读

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科学通报 2020年第36期65卷 4154-4160页

作者：冯叶赵雪杉苟利军中国科学院国家天文台计算天体物理重点实验室北京100012 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

北京时间2020年10月6日18时,诺贝尔物理学奖在万众瞩目中揭开了帷幕.在瑞典首都斯德哥尔摩,瑞典皇家科学院宣布将2020年度诺贝尔物理学奖颁给揭开黑洞奥秘的3位科学家,他们分别是英国牛津大学的罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)、德国马普... 详细信息

北京时间2020年10月6日18时,诺贝尔物理学奖在万众瞩目中揭开了帷幕.在瑞典首都斯德哥尔摩,瑞典皇家科学院宣布将2020年度诺贝尔物理学奖颁给揭开黑洞奥秘的3位科学家,他们分别是英国牛津大学的罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)、德国马普地外物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)和美国加利福尼亚大学伯克利分校的赖因哈德·根策尔(Reinhard Genzel)以及美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)(图1).

关键词：诺贝尔物理学奖瑞典皇家科学院英国牛津大学物理研究所安德烈彭罗斯黑洞

临界中性Gauss-Bonnet-anti-de Sitter黑洞复杂度演化

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物理学报 2021年第3期70卷 48-56页

作者：梁华志张靖仪广州大学物理与材料科学学院广州510006

利用Fan和Liang(Fan Z Y,Liang H Z 2019 Phys.Rev.D 100086016)研究一般高阶导数引力复杂度的方法,对临界中性Gauss-Bonnet-anti-de Sitter(Gauss-Bonnet-anti-de Sitter,AdS)黑洞的复杂度演化进行研究,并且将研究结果和一般中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞的结果进行了比较.研究发现,二者的复杂度演化的整体规律是一致的,它们的主要区别在无量纲的临界时间上.对于五维的临界中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞,当黑洞视界面为平面或者球面时,不同大小的黑洞的无量纲的临界时间相同,都取到了最小值.当维度超过五维时,不同大小的球对称临界中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞的无量纲临界时间的差异明显要比一般的情况小.这些差异很可能和中性Gauss-Bonnet-AdS黑洞的临界性有关.

关键词：黑洞临界性复杂度演化

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多粒子态的Unruh效应与黑洞辐射

中国科学技术大学学报 2022年第6期52卷 39-47,I0002,I0003页

作者：王健羽中国科学技术大学物理学院天文学系安徽合肥230026 中国科学技术大学中科院星系与宇宙学重点实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学天文与空间科学学院安徽合肥230026

摘要:本文讨论了量子场的Unruh效应,并研究了单模式q粒子态在Unruh效应下的能量以及纠缠性质。发现在非惯性系下,q粒子态|q, 0>α与闵氏时空的真空态|0, 0>α有相似的能量谱性质,但它们有完全不同的纠缠性质。据此,提出了一个黑洞辐射模... 详细信息

摘要:本文讨论了量子场的Unruh效应,并研究了单模式q粒子态在Unruh效应下的能量以及纠缠性质。发现在非惯性系下,q粒子态|q, 0>α与闵氏时空的真空态|0, 0>α有相似的能量谱性质,但它们有完全不同的纠缠性质。据此,提出了一个黑洞辐射模型,假设黑洞视界附近量子态呈现这种q粒子态的形式。计算了该模型下黑洞辐射熵的演化,其结果与Page曲线相吻合。因此该模型可以作为黑洞信息丢失问题的一种可能解释。

关键词：黑洞 Unruh效应量子信息

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带电测试粒子在磁化史瓦西黑洞中的混沌运动

天文学报 2023年第4期64卷 12-24页

作者：周娜英张洪星孙鑫刘文芳李丹上海工程技术大学数理与统计学院计算物理与应用研究中心上海201620 广西大学物理科学与工程技术学院南宁530004

当史瓦西黑洞周围存在渐近均匀的外部磁场时,描述带电粒子在史瓦西黑洞附近运动的哈密顿系统会变为不可积系统.类似于这样的相对论哈密顿系统不存在有显式分析解的2部分分离形式,给显式辛算法的构建和应用带来困难.近一年以来的系列工... 详细信息

当史瓦西黑洞周围存在渐近均匀的外部磁场时,描述带电粒子在史瓦西黑洞附近运动的哈密顿系统会变为不可积系统.类似于这样的相对论哈密顿系统不存在有显式分析解的2部分分离形式,给显式辛算法的构建和应用带来困难.近一年以来的系列工作提出将相对论哈密顿系统分解为具有显式分析解的2个以上分离部分形式,成功解决了许多相对论时空构建显式辛算法的难题.最近的工作回答了哈密顿系统显式可积分离数目对长期数值积分精度有何影响、哪种显式辛算法有最佳长期数值性能这两个问题,指出哈密顿有最小可积分离数目即3部分分裂解形式并且应用于优化的4阶分段龙格库塔显式辛算法可取得最好精度.由此选择上述数值积分方法并利用庞加莱截面、最大李雅普诺夫指数和快速李雅普诺夫指标研究在磁化史瓦西黑洞附近运动的带电粒子轨道动力学.结果显示:针对某特定的粒子能量和角动量,较小的外部磁场很难形成混沌轨道;较大的正磁场参数容易使轨道产生混沌,并且随着磁场的增大,轨道的混沌程度也随之加强;粒子能量适当变大也可以加剧混沌程度,但负磁场参数和粒子角动量变大都会减弱混沌.

关键词：天体力学黑洞磁场混沌算法

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黑洞的Penrose过程和似正规模的研究

黑洞的Penrose过程和似正规模的研究

作者：武相龙华南理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着引力波的实验观测和黑洞阴影照片的陆续发布,黑洞物理受到了人们的广泛关注。对黑洞的性质和物理机制的研究有助于检验和完善现有的黑洞理论,同时加深我们对宇宙的理解和认识。似正规模是表征引力扰动的第二个阶段的特征模态... 详细信息

近年来,随着引力波的实验观测和黑洞阴影照片的陆续发布,黑洞物理受到了人们的广泛关注。对黑洞的性质和物理机制的研究有助于检验和完善现有的黑洞理论,同时加深我们对宇宙的理解和认识。似正规模是表征引力扰动的第二个阶段的特征模态,有实部和虚部两个部分,本文的工作其中的一方面是研究旋转带电的Kerr-Sen黑洞的黑洞阴影半径和似正规模实部的联系。另外一方面我们分析了BTZ黑洞碰撞Penrose过程的最大能量提取效率。本文的第一章是绪论,概述了经典广义相对论,同时介绍了黑洞和引力波的一些基本理论知识。第二章首先介绍了Penrose过程的理论依据和不同的碰撞机制,然后介绍了似正规模的和黑洞阴影半径的定义和计算方法。在第三章中我们计算了极端BTZ黑洞碰撞Penrose过程的最大能量提取效率。我们分析了粒子可能的轨道和可以产生有效的逃逸粒子的粒子碰撞方向,确定了可能完成碰撞Penrose过程的碰撞粒子的类型和来源。如果参与碰撞的无质量粒子是本身就存在于黑洞能层内的,得到的最大能量提取效率有自旋粒子约为3,无自旋粒子约为2。同时,为了说明黑洞能层内参与碰撞的无质量粒子的能量来源我们又分析了包含两次碰撞过程的Penrose过程。在第四章首先根据不稳定圆光子轨道得到了Kerr-Sen黑洞的阴影半径的计算式,然后分析了无质量标量场的扰动,通过Klein-Gorden方程得到了标量场角向和径向的分离函数,通过连分数法讨论了分离函数中角特征值的近似表达式。最后我们通过方程变换得到了Kerr-Sen黑洞的似正规模的实部和阴影半径的对应计算关系的表达式,通过黑洞阴影半径间接给出了似正规模的数值。值得注意的是由于时空度规的特殊性Kerr-Sen黑洞无法像Kerr或者Ker-Newman黑洞那样运用连分数法得到可以计算似正规模的方程组。

关键词：黑洞 Penrose过程黑洞阴影似正规模

利用试探粒子检验极端Dilaton黑洞下的弱宇宙监督假设

同方学位论文库评论

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山西大学学报(自然科学版) 2024年第1期47卷 166-170页

作者：唐浩渭南师范学院物理与电气工程学院西京学院电子信息学院

Penrose提出的弱宇宙监督假设仍未被完全证明。本文采用了Wald提出的假想实验对极端Dilaton黑洞进行了检验。当黑洞吸收了具有特定质量和电荷量的试探粒子后有可能导致视界被破坏并出现裸奇点，因而此类粒子的存在与否可用于检验弱宇宙... 详细信息

Penrose提出的弱宇宙监督假设仍未被完全证明。本文采用了Wald提出的假想实验对极端Dilaton黑洞进行了检验。当黑洞吸收了具有特定质量和电荷量的试探粒子后有可能导致视界被破坏并出现裸奇点，因而此类粒子的存在与否可用于检验弱宇宙监督假设。计算结果表明，对于极端Dilaton黑洞不存在合适的试探粒子，从而支持了弱宇宙监督假设。

关键词：事件视界弱宇宙监督假设奇点黑洞