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黑洞的视界和原子核物理

已有 1097 次阅读 2022-11-13 13:54 |个人分类:心智之旅|系统分类:观点评述

    一直想写一篇短文纪念贝肯斯坦,但是一直没有抓住那个关键点。贝肯斯坦和贝尔一样,在68岁就离开了人间。他们两个人是过去五十年物理学真正的开拓者,揭示了这个世界非定域性的一面,正式开始了对于非定性的理论研究,是牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦真正的继承者。可惜两个人都没有被授予诺贝尔物理学奖,而且贝肯斯坦在物理学界的地位至今依然没有获得应有的承认。

    在50年前,当时还是惠勒研究生的贝肯斯坦,给出了一个完全让物理学家无法理解的结论,那就是黑洞有熵,而且这个熵正比于黑洞的视界面积。

    黑洞的视界,把我们观察的世界分成了两部分,一部分是视界的外部,光可以在这部分通行,一部分是视界的内部,光进入后就彻底的不能再被我们观察到了,消失了,同时让黑洞的视界往外大了一点。

    黑洞熵的存在完全的改变了我们对于时空的看法。视界,就是时空的一个特殊的分界。当然这么说,实际上是一种经典的角度,真实究竟是什么样子的很难说。所以我用光的传播来定义它,是唯一合理的,因为经典的时空概念在这里可能已经完全失效。当然,不是时空,而是视界处的时空和我们经验到的时空完全不同。

    黑洞视界的熵等于视界的面积除以普朗克尺度的平方(额外有一个常数)。这个结论非常的诡异,它直接给出了一个黑洞范围内的自由度,也就是时空的自由度。这样的结果,和我们常规的对于时空的理解完全不同,我们的经验是空间是三维的,而且有无穷的自由度。量子场论就是建立在这样的一个基础之上的,当然也就出现了问题。

   这本身意味着,一块空间内的自由度,当时间冻结的时候,等于同体积球上的面积除以普朗克尺度的平方,这是一个神奇的结论。当时间出现的时候,空间的自由度会进一步的减小。所以一块时空内的自由度,虽然依然非常大,但是却远远小于我们经验所认为的。这是一个无法想象的结论。

   在视界上,时间是停止的。这个就和光子传播的世界面是一样的,由于静止质量为0,光子自身的时间是0,所以对于光子来说,没有出现,没有消失,意味着光子可能根本就不存在。那么我们观察到的光子究竟是什么呢?很多东西远远比想象的微妙。

   全息原理已经成为我们理解这个世界的基本理论,可惜的是,我们还远远不能理解它。当然,越来越多的新进展正在极大的改变我们对于这个世界的理解。

   到今天,已经有大量的研究集中在黑洞上,但是我觉得可能大部分都仅仅是数学上的有趣推导,和实际可能差别千里。关于黑洞视界里边的任何思考,从量子的角度很难有一个合理的逻辑往里延伸,虽然在数学上可以这么做。黑洞视界的内部,看起来好象是完全非局域的。引力在视界上冻结了时间,而且显现了整个黑洞区域的自由度,是时空中最基本的存在,当然是什么我们还不清楚。

    一些科学家把全息原理应用到了核物理中,开拓了全息QCD的研究领域,比如夸克等离子的性质,这是非常奇妙的。这方面的研究看起来非常有启发性,原子核中也许能告诉我们量子引力的奥秘,这一切在五十年前是无法想象的。原子核里边一直隐藏着很多神奇的奥秘,新的实验也在不断揭示出越来越多的超乎预料的结果,即使是最习以为常的低能核结构领域,也出现了球形核疑难和B(E2)反常,对整个核结构领域发起了挑战。

    黑洞是我们所观测时空的一个边界,所以粘性非常的低。而实验上,发现夸克胶子等离子体也是一种粘度非常低的液体,这极其让人震惊,其性质似乎和黑洞的边界非常相似。难道我们真的可以在这里发现黑洞的奥秘么?在原子核的低能结构中,我们真的可以看到整个世界的奥秘么?



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