广义相对论的两个疑难.ppt

黑洞疑难 赵峥 北京师范大学 2008.7 (2009.11修改) Ⅰ 信息疑难 （与热力学第二定律有关）Ⅱ 奇点疑难 （可能与热力学第三定律有关）Ⅲ 动力学黑洞 （霍金辐射产生自何处？）Ⅳ 时间度量 （可能与热力学第零定律有关） Ⅰ 黑洞信息疑难 1、无毛定理（1967） 2、霍金热辐射——量子效应（1974） 3、打赌（1997） 4、霍金的新观点（2004） 5、对霍金新观点及信息守恒的质疑 （＊张靖仪与赵峥获Thomson中国卓越研究奖文章探讨此问题） 1、无毛定理（1967） 对洞外观测者来说，坍缩进黑洞的所有物质的信息（毛）全部丢失，只有总质量、总角动量和总电荷除外。 只剩三根毛：M, J, Q 失去的信息永远保留在黑洞内部 2、Hawking热辐射 ——量子效应（1974） 考虑量子隧道效应，黑洞会以精确的黑体谱进行热辐射，不带出任何信息。 黑洞将“蒸发”干净，洞内信息全部从宇宙中消失。 信息的丢失意味着，形成黑洞的量子纯态全部衰变成混合态。 这将导致 熵大量增加 轻子数、重子数等守恒定律破缺。 量子引力不具有幺正性。 3、打赌（1997） S.W.Hawking John Preskill Kip Thorne 黑洞中的信息不会失 黑洞中的信息失去了。 去，一定会以某种机 （信息不守恒） 制跑出来。 （信息守恒） 2004年7月21日 S.W.Hawking：我输了 K.Thorne：没有输 J.Preskill：没有听懂我为什么赢了。 4、Hawking的新观点 我已经解决了黑洞蒸发的信息佯谬。对于真实的黑洞，信息可以从洞中逸出。 （1）对偶猜想 （2）真实黑洞与理想黑洞（平庸拓扑和非平庸拓扑） （3）散射过程 （1）对偶猜想 ADS/CFT 反de Sitter空间中的超引力 反de Sitter空间边界上的共形场论 CFT理论是幺正的 反de Sitter空间一定信息守恒 落入反de Sitter空间中的黑洞的任 何信息必定会跑出来 （2）真实黑洞与理想黑洞（平庸拓扑和非平庸拓扑） 理想黑洞的度规是拓扑非平庸的，信息会丢失。 真实黑洞的度规拓扑是平庸的，信息不会丢失。 （3）散射过程 真实黑洞的形成和蒸发可以被视作散射过程。 ∞ ∞ 弱场 弱场 强场 此散射过程，信息守恒。 5、对霍金新观点的质疑 （1）落入黑洞的信息必定有部分丢失。 （2）部分信息有可能从黑洞中重新逸出，部分信息有可能作为“炉渣”被留下来。 （1）为何必定有部分信息丢失？ 对于微观黑洞，霍金的新观点也许正确。 对于宏观黑洞则不然 黑洞与外界的热平衡不稳定 黑洞与外部的温差，必将导致热流。这是一个不可逆过程，必将导致熵增加。 按照信息理论 信息=负熵 熵 信息 ∴落入黑洞的物质的信息必定会有丢失（至少会丢失一部分） 物理学中 有质量守恒、能量守恒、电荷守恒…… 但 没有信息守恒定律。 热力学第二定律 熵不守恒 信息 不守恒 ∴应该预期：量子引力不一定具有幺正性 （2）信息从洞中部分逸出的可能途径 （A）隧道效应 （B）非稳黑洞 （C）光锥的改变 （A）隧道效应 辐射谱是严格 黑体谱吗？ F.Wilczek和M.Parikh：对史瓦西黑洞和R-N黑洞（球对称静态黑洞），辐射时黑洞会有收缩 产生势垒 由于能量守恒，辐射谱不是严格黑体谱 辐射谱必须修正 此修正保证了量子引力的幺正性 没有信息丢失！ 张靖仪、赵峥等的工作： 把Parik