《物含妙理总堪寻》补集

 

 

霍金最重要的工作，就是他证明了黑洞有温度，有热辐射。现在我们说这个引力波的时候，就谈到是两个黑洞碰撞。但有一个疑问，就是霍金所说的这个黑洞的热辐射有没有被考虑进去。

 

 

 

史瓦西解里头有一个黑洞。就是说所有的质量缩到中心的时候，这个洞就变成黑洞。

 

但是黑洞是这样的，它的特征面，它的表面实际上是无限红移面。即在表面搁一个光源，在无穷远处看，这个光源的红移是无穷大。而且这个表面是一个里边的东西，不可能跑出来。任何信号都跑不出来。而且里头时空坐标互换。时间坐标T变成了空间坐标。

 

而原来的半径r变成了时间坐标。但是时间是有方向的。如果是朝里的，那么这个洞就叫黑洞了。如果朝外就叫白洞。球心的那一点，r=0，现在不再是球心了。因为r变成时间了。所以那一点对于黑洞来说，就是时间终结的地方。但是如果你要让时间反向走的话，那么就是一个白洞。

 

对白洞来说中心就是时间的奇点。所以把r=0这个地方叫做奇点。在奇点和黑洞的表面之间是一个真空。因为进去的任何物质都必须随着时间的演化。如果是黑洞的话往中间掉，如果是白洞的话就往出喷。

 

后来人们又得到了转动的解，那么转动的解就是科尔解。里头有一个奇环。以后对黑洞的研究呢，就是人们发现对于一个黑洞，我们从外界来说，能够测到它的信息就是总质量、总电荷和总角动量。其他的信息全都不知道了。因此就提出一个无毛定理。说黑洞无毛。

 

外面上只有这几个信息。这三根毛——总质量、总电荷、总角动量。后来又提出一个宇宙监督假设。因为黑洞内部的奇点和奇环在物理上来说它最好是不露出来。因为它一旦露出来呢，就会破坏这个时空的因果结构。时空里头的因果讨论就不再成立了。

 

所以大家希望它出不来。因此彭罗斯他们就提出一个宇宙监督假设。宇宙监督假设的意思就是说，存在一位宇宙监督，它禁止奇点和奇环裸露出来。当然后来又用更严格的方法对这个问题揭示了。

 

总之从直观的来说，宇宙监督假设就是不允许奇环跑出来。我们现在研究黑洞最著名的人物是霍金。当霍金投入研究的时候，无毛定理和宇宙监督假设都已经提出来了。霍金的贡献是三个：一个是研究奇点定理，一个是研究面积定理，还有一个就是霍金辐射。

 

我谈到了，奇点定理是彭罗斯提出来的。彭罗斯的意思就是任何一个广义相对论成立的时空，如果它的因果性是成立的，它有一点物质的话，那么就一定会存在奇点或者是奇环。霍金在这上面也做了很多的工作。他的博士论文当中就有这一部分。

 

另外他提出黑洞的表面积只能增大不能减小。比如我们现在讨论引力波的时候，就是两个黑洞碰撞。那么最终的这个黑洞的表面积，一定比原来的两个小黑洞的表面积之和要大。所以这个是对黑洞演化的一个限制。

 

霍金最重要的工作，就是他证明了黑洞有温度，有热辐射。现在我们说这个引力波的时候，就谈到是两个黑洞碰撞。我有一个疑问，就是他们没有考虑霍金所说的这个黑洞的热辐射。

 

为什么没有考虑呢？这个恐怕考虑起来也很困难。因为没有两个黑洞的严格解，就是有一个爱因斯坦方程的严格解，说两个黑洞怎么旋转，怎么碰撞，没有这个严格解，只能用数值计算的方法在这儿算。

 

当然可能他们经过某些研究是觉得不会有这种霍金所说的热辐射。这种热辐射主要可不是引力波，那主要是电磁波。或者是质子、中子什么其他的基本粒子。当然比如说我在看他们这个问题的时候，在他们报道这个引力波发现的时候，就有一个问题，他们为什么不考虑霍金效应？

 

当然考虑霍金效应，是有一个很大的困难的。如何算它的温度？因为两个黑洞互相运动的时候，这种模型没有。但是我以前曾经创造了一个办法，这个办法就是一个演化中的黑洞。你只要把它的严格解得到了，我就可以把表面各点的温度都算出来。因为其他的方法都不行。

 

一般研究黑洞温度，都是研究一个不随时间变化的黑洞。或者最近有一些研究的是球对称的，一直保持球对称的演化的黑洞。这样可以。我那个方法是不球对称也行。所以是可以用来研究两个黑洞的碰撞的时候有没有温度的变化。它表面各点的温度的变化的。

 

但是问题也是没有严格解。当然我现在也觉得，是不是把这个方法可以延用于数值计算？这个可能会用数值计算发展到用数值计算来解决也许是可以的。但是我也只能提一提这个问题。

 

另外我说到霍金。霍金曾经三次来中国。一般人大概只知道后两次。后两次媒体都宣传得很厉害。在人民大会堂，在几个地方演讲，其实霍金第一次来是1985年。那一次他只访问了两个学校，一个是中国科技大学。那儿有一个相对论的研究组。然后就是北京师范大学。我们这儿有一个相对论组。

 

我当时刚研究生毕业不是很久，正在这个地方工作，也是我出国之前，霍金当时来了，在北师大发表了演讲，讲了一些学术问题，也讲了一些科普的问题。

 

当时他说他想去长城，然后我们几个年轻的研究生，把他抬上长城。那一次媒体完全没有宣传，完全没有宣传大家都不知道。

 

第三次我稍微说一点，也是挺有意思的。第三次在人民大会堂演讲，很多人都想看都想听，当时霍金在上边做了一个演讲。但是当时那个时候那个演讲，他有一些问题。他当时没有中文翻译，只有字幕。所以我觉得，可能有些人会看不大清楚。

 

但是霍金来了以后，他的宣传作用很大。一个是对广义相对论和黑洞理论。一个是他这种精神，在这种困难之下的奋斗的精神。我觉得对很多年轻人都是一个鼓舞。