首页 > 时间简史 > 第16章 黑洞不是这么黑的(1)

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比方,考虑一盒气体分子的体系。分子能够以为是不竭相互碰撞,并不竭从盒子壁反弹返来的康乐球。气体的温度越高,分子活动得越快,如许它们撞击盒壁越频繁也越短长,并且它们感化到壁上的向外的压力越大。假定初始时统统分子被一隔板限定在盒子的左半部。如果接着将隔板撤除,这些分子将趋势散开并充满盒子的两半。在今后的某一时候,统统这些分子偶尔会都呆在右半部或回到左半部,但占绝对上风的能够性是,分子的数量在摆布两半大抵不异。这类状况比本来的统统分子都在一个半部的状况更加无序。是以,人们说气体的熵增加了。近似地,假定我们从两个盒子开端,将一个盒子充满氧分子,另一个盒子充满氮分子。如果把两个盒子连在一起并移去中间的壁,则氧分子和氮分子就开端异化。在厥后的时候,最能够的状况是两个盒子都充满了相称均匀的氧分子和氮分子的异化物。这类状况比本来分开的两盒的初始状况更无序,即具有更大的熵。

人们能够将这些起伏了解为光或引力的粒子对,它们在某一时候同时呈现,相互分开,然后又相互靠近,并且相互泯没。这些粒子正如同照顾太阳引力的虚粒子:它们不像真的粒子那样,能用粒子探测器直接察看到。但是,它们的直接效应,比方原子中的电子轨道能量产生的藐小窜改,可被测量出,并和实际预言分歧的程度,令人非常惊奇。不肯定性道理还预言了存在近似的虚的物质粒子对,比方电子对和夸克对。但是在这类景象下,粒子对的一个成员为粒子,而另一成员为反粒子(光和引力的反粒子和粒子不异)。

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。

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!

但是,他利用了略微分歧的黑洞定义。他没成心识到,假定黑洞已经停止于不随时候窜改的状况,遵循这两种定义,黑洞的鸿沟并是以其面积都应是一样的。

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。

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