An Introduction:Kip S.Torne 導言: 基普·S.索恩(1 / 3)

我們已經知道使黑洞自旋需要能量。他們解釋說,黑洞可以利用其自旋能產生粒子,粒子飛走,同時攜帶走自旋能量。這是令人驚訝的新發現,但並不是非常令人驚訝。當一個物體具有運動能量時,自然界通常會找到一種提取它的方法。我們已經知道了提取黑洞自旋能量的其他方式;這隻是一種新的方式,雖然有些意想不到。

像這樣對話的巨大價值在於它們可以觸發新的思維方向,對史蒂芬正是如此。他花數月時間仔細研究了澤爾多維奇與斯塔拉賓斯基的發現,先從一個方向看,然後從另一個方向看,直到有一天它在史蒂芬思想中引發了一個真正激進的洞見:在一個黑洞停止旋轉之後,這個黑洞仍然可以發出粒子。它能輻射——黑洞輻射,它是熱的,就像太陽一樣,雖然不是很熱,隻是略溫而已。黑洞越重,溫度越低。一個太陽質量的黑洞,其溫度為0.00000006開爾文,比絕對零度高一億分之六度。計算這個溫度的公式現在刻在位於倫敦西敏寺的史蒂芬的墓碑上,他的骨灰葬於艾薩克·牛頓和查爾斯·達爾文兩墓之間。

這個黑洞的霍金溫度及其霍金輻射(它們隨後被這麼稱呼)是真正激進的,也許是20世紀下半葉最激進的理論物理發現。它們打開了我們的眼界,看到廣義相對論(黑洞)、熱力學(熱物理學)和量子物理學(在原先無粒子之處創生粒子)之間的深刻聯係。例如,它們導致史蒂芬證明黑洞有熵,這意味著在黑洞內部或周圍的某處有巨大的隨機性。他推導出熵的數量(黑洞隨機性量的對數)與黑洞表麵積成正比。他的熵公式刻在劍橋的龔維爾和基斯學院的史蒂芬紀念碑上,他生前在此學院工作。

在過去的45年裏,史蒂芬和其他數百名物理學家一直在努力去理解黑洞隨機性的確切性質。正是這個問題不斷產生量子理論與廣義相對論結合(也就是還未理解清楚的量子引力定律)的新洞見。

1974年秋天,史蒂芬把他的博士生和他的家人(他的妻子簡和他們的兩個孩子羅伯特和露西)帶到加利福尼亞州的帕薩迪納,他們在這裏住了一年。這樣他和他的學生就可以在我工作的大學——加州理工學院,暫時與我自己的研究小組合並,並加入我們的學術生活。這是輝煌的一年,是所謂的“黑洞研究黃金時代”的頂峰。

在那一年裏,史蒂芬和他的學生以及我的一些學生奮力更深刻地理解黑洞,我在某種程度上也如此。但史蒂芬對我們的聯合小組進行黑洞研究的領導,讓我有自由去追求我多年來一直在思考的新方向:引力波。

隻有兩種類型的波可以穿越宇宙,為我們提供有關遙遠事物的信息:電磁波(包括光線、X射線、伽馬射線、微波、射電波……)和引力波。

我們已經知道使黑洞自旋需要能量。他們解釋說,黑洞可以利用其自旋能產生粒子,粒子飛走,同時攜帶走自旋能量。這是令人驚訝的新發現,但並不是非常令人驚訝。當一個物體具有運動能量時,自然界通常會找到一種提取它的方法。我們已經知道了提取黑洞自旋能量的其他方式;這隻是一種新的方式,雖然有些意想不到。

像這樣對話的巨大價值在於它們可以觸發新的思維方向,對史蒂芬正是如此。他花數月時間仔細研究了澤爾多維奇與斯塔拉賓斯基的發現,先從一個方向看,然後從另一個方向看,直到有一天它在史蒂芬思想中引發了一個真正激進的洞見:在一個黑洞停止旋轉之後,這個黑洞仍然可以發出粒子。它能輻射——黑洞輻射,它是熱的,就像太陽一樣,雖然不是很熱,隻是略溫而已。黑洞越重,溫度越低。一個太陽質量的黑洞,其溫度為0.00000006開爾文,比絕對零度高一億分之六度。計算這個溫度的公式現在刻在位於倫敦西敏寺的史蒂芬的墓碑上,他的骨灰葬於艾薩克·牛頓和查爾斯·達爾文兩墓之間。

這個黑洞的霍金溫度及其霍金輻射(它們隨後被這麼稱呼)是真正激進的,也許是20世紀下半葉最激進的理論物理發現。它們打開了我們的眼界,看到廣義相對論(黑洞)、熱力學(熱物理學)和量子物理學(在原先無粒子之處創生粒子)之間的深刻聯係。例如,它們導致史蒂芬證明黑洞有熵,這意味著在黑洞內部或周圍的某處有巨大的隨機性。他推導出熵的數量(黑洞隨機性量的對數)與黑洞表麵積成正比。他的熵公式刻在劍橋的龔維爾和基斯學院的史蒂芬紀念碑上,他生前在此學院工作。