经典黑洞和量子黑洞

经典黑洞和量子黑洞 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:科学出版社
作者:王永久
出品人:
页数:357
译者:
出版时间:2008-8
价格:68.00元
装帧:
isbn号码:9787030225399
丛书系列:现代物理基础丛书
图书标签:
  • 物理
  • 黑洞
  • 科学
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具体描述

《现代物理基础丛书20·经典黑洞和量子黑洞》系统地阐述了黑洞物理领域近年来的新进展,包括作者、合作者和国内外同行学者们的近期研究成果.书中内容系统而深刻,物理思想灵活,数学技巧丰富,诸多内容适合于硕士生、博士生用于专业课学习和科研选题。

全书包括施瓦西黑洞,克尔黑洞,经典黑洞热力学,黑洞热力学的量子理论,黑洞的量子辐射,黑洞的准正规模和晚期拖尾,黑洞的正则量子化,黑洞的面积谱、质量谱、电荷谱、角动量谱和黑洞的引力效应等七章七十七节。

《现代物理基础丛书20·经典黑洞和量子黑洞》可供物理、天文和应用数学专业的硕士生、博士生和研究人员阅读,也可供本科高年级学生和自学者参考。

宇宙深处的织网者:时空、引力与信息的新探索 引言:超越视界之外的未知疆域 自伽利略首次将望远镜指向夜空,人类对宇宙的认知便如同潮水般涌动。我们学会了描述行星的轨道、恒星的生命周期,并最终构建起描述引力本质的宏伟理论——广义相对论。然而,在所有这些深刻的理解中,有一个概念始终以其极端的性质,成为理论物理学最令人着迷也最棘手的挑战:黑洞。 本书并非专注于经典的史瓦西解或赖兴纳-诺德斯特勒姆度规所描绘的、仅由质量决定的引力坍缩体。相反,我们邀请读者跟随物理学家们的脚步,深入探索那些在理论边缘闪耀的,与信息、量子效应、乃至宇宙终极命运紧密相连的前沿议题。我们将绕过已知的边界,聚焦于那些尚未完全被统一的物理学领域,探讨引力理论如何在一个更精细、更微观的尺度上瓦解与重构。 第一部分:时空结构的拓扑学与几何的极限 当我们谈论时空,我们通常想象的是爱因斯坦描述的平滑的四维流形。然而,在极端能量密度下,这种平滑性是否依然成立? 1. 引力场的拓扑变异:奇点之外的结构 广义相对论的数学预言了一个无可避免的终点:奇点。但现代物理学越来越倾向于相信,宇宙不会允许一个真正的、无限密度的点存在。本书将考察如何通过引入更高阶的引力修正项、引入额外的维度,或者探讨“裸奇点”的可能性与限制,来修补这一理论裂痕。我们会详细剖析彭罗斯-哈密顿定理的局限性,并引入“宇宙审查假说”的当代观点,讨论物理定律如何“隐藏”这些不完备的区域。 2. 动态时空的调和:引力波的余韵与新物理信号 引力波的探测(LIGO/Virgo)已经开启了天体物理学的新纪元,使我们能够“聆听”时空的涟漪。然而,这些信号包含了哪些关于引力场在强场极限下行为的秘密?我们将深入分析双中子星并合、或星系中心超大质量天体并合事件中,可能残留的非标准模型信号。这包括对引力张量之外的其他场耦合的搜索,例如标量-张量理论(如Brans-Dicke理论的现代变体)对波形的微小修正,以及它们如何影响引力波在传播过程中对信息携带能力的改变。 3. 费米子的命运与时空边缘的边界条件 物质的本质决定了时空的结构。在强引力场中,费米子的行为如何影响视界附近的时空几何?本书将探讨狄拉克方程在弯曲时空中的行为,特别是当费米子接近事件视界时,其能量、动量和自旋如何被视界“编码”。我们会审视保角边界条件在过去、未来以及无穷远处的作用,以及它们如何决定了我们观测到的宇宙的最终状态。 第二部分:信息悖论的深渊与量子引力的幽灵 黑洞信息悖论是连接广义相对论与量子力学的核心矛盾,也是本书探索的重中之重。我们不讨论信息是否丢失,而是聚焦于当前主要的“信息回收”机制的理论构建。 4. 视界上的全息猜想:熵的维度与边界描述 全息原理(Holographic Principle)不仅仅是一种猜想,它已经成为研究量子引力最有力的数学工具之一。我们将细致解析AdS/CFT对应关系,解释为什么一个具有引力的体积理论可以被其边界上的无引力量子场论所精确描述。这本书将重点讨论如何将这一对应关系推广到具有真实视界的黑洞——即“引力汤”的描述。我们将探讨,如果视界上的信息是以熵的形式编码的,那么编码的密度(Bekenstein-Hawking熵)如何与边界上的自由度精确匹配。 5. 虫洞、隧道与时空连接的量子图景 在量子引力领域,爱因斯坦-罗森桥(虫洞)不再是科幻小说中的概念,而是信息传输和时空拓扑变化的数学描述。本书将深入探讨量子力学中的“纠缠”与时空的“连接”之间的惊人联系(ER=EPR猜想)。我们将分析,当两个粒子高度纠缠时,它们之间是否存在一个微小的、由量子涨落支撑的虫洞?这种连接如何影响我们对信息传播速度的理解,以及它如何提供一个机制来避免信息在黑洞蒸发过程中被“切断”。 6. 霍金辐射的精细结构:软毛与量子涨落的痕迹 霍金辐射的发现揭示了量子场论在弯曲时空中会产生粒子。然而,这辐射究竟是纯粹的热谱,还是携带着关于内部物质的微妙信息?我们着重考察“软毛”(Soft Hair)理论,探讨在视界面上保留的零能模式(如零能光子或引力子)如何充当“标签”,确保落入黑洞的信息并没有完全消失,而是以一种极其稀释的形式附着在视界边缘。我们将评估这些“毛发”对信息回收过程的贡献,以及它们如何可能解决信息悖论,同时不破坏黑洞的“无毛定理”所声称的简洁性。 第三部分:黑洞的终结与宇宙的远景 黑洞的生命终点并非黑色的虚无,而是宇宙热力学平衡的一部分。 7. 蒸发动力学:信息回归的终极时刻 如果黑洞真的在辐射,那么它们的命运是什么?本书将详细分析史蒂芬·霍金在生命后期对蒸发过程修正的理解。重点在于辐射的后期阶段——当黑洞的质量衰减到普朗克尺度时,传统的量子场论失效。我们探讨“信息回拨”机制,即辐射谱如何从完全热谱转变为携带负能量的非热谱,从而在理论上保证了信息的完整性。我们将审视普朗克尺度遗迹(Remnants)的争议,以及它们对早期宇宙演化的潜在影响。 8. 量子引力在宇宙学中的印记:早期宇宙的视界 黑洞理论的深刻洞见往往能投射到宇宙的整体演化中。我们探讨,黑洞的量子效应是否在暴胀阶段留下了可观测的痕迹?例如,引力子在暴胀时期的非线性行为,或者早期宇宙中可能存在的“原初黑洞”的量子蒸发如何影响宇宙微波背景(CMB)的非高斯性。这些机制暗示着,理解一个微小区域(黑洞)的量子行为,可能就是解开整个宇宙起源之谜的关键。 结语:理论融合的彼岸 本书的旅程,是从经典引力的稳固基石,到量子信息论的汹涌波涛。我们探索的这些前沿课题,共同指向一个核心目标:构建一个统一的量子引力理论。这个理论不仅要能描述引力坍缩的极限,更要能解释信息如何在时空的剧烈扭曲中得以保存。读者将看到,现代物理学家正在如何运用数学的严谨性和物理学的直觉,试图编织一张能够同时容纳时空几何与量子实在的终极之网。这片疆域,是理论物理学最迷人的战场。

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读后感

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用户评价

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这本书的作者拥有非凡的洞察力,他能够将宇宙中最深邃、最难以理解的现象,用最清晰、最引人入胜的方式呈现给读者。在描述“经典黑洞”时,他从天体物理学的角度,详细讲解了黑洞的形成、演化以及它们对周围环境的影响。我特别喜欢他对黑洞作为“星系发动机”的描述,那是一种宏大而又充满力量的画面感。而当进入“量子黑洞”的部分,作者又以一种更加哲学和前沿的视角,带领我们思考黑洞与量子世界之间的联系。他对“霍金辐射”的讲解,以及随之而来的“信息悖论”,都让我陷入了沉思。作者提出的各种解决方案,如“黑洞内部的量子纠缠”以及“火墙”假说,都让我感受到了科学研究的艰辛与魅力。这本书让我明白,我们对宇宙的理解,仍然是沧海一粟,而正是这些不断涌现的疑问和挑战,驱动着科学不断前进。

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这本书的文字功底极其深厚,作者的语言风格既严谨又不失生动,使得即便是一些极其晦涩的物理概念,也能被他描绘得活灵活现。在介绍黑洞的“吸积盘”时,他用了“宇宙中的熔炉”来形容,生动地展现了气体在黑洞引力作用下被加热、加速旋转,直至最终被吞噬的过程。我被他描述的那种炽热、高速旋转的物质所吸引,仿佛能够感受到其中蕴含的巨大能量。更让我着迷的是,作者在探讨黑洞内部结构时,并没有止步于“奇点”这一经典概念,而是引入了最新的弦理论和量子引力理论中的猜想,比如“火墙”假说和“毛发”理论。这些前沿的理论,虽然充满争议,但它们展现了科学家们为了解决信息悖论和统一物理理论所做的努力,也让我看到了科学研究的生命力。这本书不仅仅是科普,更像是一场思想的盛宴,它让我得以窥见物理学最前沿的研究动态,也让我对宇宙的理解更加立体和多元。

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这本书最让我印象深刻的是,作者对于“经典黑洞”的描绘,是如此的细致入微,仿佛一位经验丰富的宇宙旅行者,带领我亲身经历了黑洞的形成与演化。他从牛顿的万有引力定律出发,逐步讲解了爱因斯坦广义相对论如何颠覆了我们对时空的认知,并最终预言了黑洞的存在。作者并没有停留在理论的陈述,而是通过对史瓦西半径、克尔黑洞等不同类型黑洞的深入剖析,为我构建了一个清晰的黑洞分类体系。我特别喜欢他对黑洞外部时空结构的描述,那种时空被扭曲、被拉伸的感觉,仿佛置身于一个巨大的引力漩涡之中。书中对于黑洞对周围物质的影响,比如吸积盘的形成、喷流的产生,也做了详尽的阐述。我甚至能想象到那些炽热的气体在黑洞视界附近高速旋转,发出耀眼的光芒,这画面感十足的描述,让我对黑洞的“破坏力”有了直观的认识。而且,作者还探讨了黑洞在星系演化中的作用,它们如何成为星系中心的“引力引擎”,驱动着恒星的形成和物质的循环。这本书让我看到了黑洞并非只是宇宙中的“吞噬者”,它们在宇宙的宏大叙事中,扮演着至关重要的角色。

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我被这本书的结构安排所吸引,作者很巧妙地将“经典黑洞”的理论基础与“量子黑洞”的最新进展有机地结合起来。在前半部分,他详细介绍了黑洞的历史发现过程,从最初的理论猜想到天文观测的证实,每一个里程碑式的事件都被他娓娓道来。我尤其喜欢他对“事件视界望远镜”项目成功的描绘,那种人类如何克服重重技术困难,最终捕捉到黑洞“身影”的历程,充满了科技的魅力和人类探索精神的光辉。而当进入“量子黑洞”的部分,作者又以一种更加开放和探索性的姿态,引领我们进入那些尚未被完全理解的领域。他对“黑洞信息悖论”的深入探讨,以及各种可能的解决方案,如“全息原理”、“ER=EPR猜想”等,都让我看到了物理学家们是如何在理论的边界上进行不懈的探索。这本书让我深刻体会到,科学的进步是一个不断挑战、不断修正的过程,而这本书,正是这个过程的忠实记录者。

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这本书的装帧设计就足以让人眼前一亮,硬壳封面,细腻的纸质,散发着一股沉静而深邃的气息,仿佛在低语着宇宙中最神秘的秘密。当我翻开第一页,就被作者那流畅而富有张力的文笔所吸引。他并没有一开始就抛出艰深晦涩的概念,而是用一种引导性的方式,从我们日常生活中对“黑洞”的想象切入,逐步深入到科学的殿堂。我一直以来对宇宙充满了好奇,尤其是那些吞噬一切光线的“天体”,它们的形成、性质,以及对时空的影响,总是让我浮想联翩。这本书的序言部分,作者就用一种诗意盎然的笔触描绘了黑洞的诞生,从恒星的死亡,到引力的无可匹敌,再到那绝对的黑暗,每一个字都仿佛在我的脑海中勾勒出一幅宏伟的画卷。我尤其喜欢作者在描述黑洞视界时的比喻,他说那就像是宇宙中的一个“单向阀门”,一旦越过,便再无归途。这种形象的比喻,让我在理解那些抽象的物理概念时,不再感到吃力,反而充满了探索的乐趣。这本书不仅仅是知识的堆砌,更是一种科学精神的传承,它激励着我去思考,去质疑,去追寻那些隐藏在宇宙深处的真理。我迫不及待地想要深入这本书的每一个章节,去领略作者笔下那令人着迷的宇宙图景。

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读完这本书的开篇,我便深深地被作者的叙事方式所折服。他巧妙地将那些高深的物理理论,融入到引人入胜的故事和生动的类比之中。例如,在讲解黑洞形成的过程时,作者并没有直接使用复杂的数学公式,而是通过一个生动的“引力游戏”来阐释恒星质量坍缩的原理。他想象一颗巨星在生命晚期,其核心的核聚变能量耗尽,引力开始占据主导,将物质无情地向内压缩。这种描述,让我想象着恒星内部那场波澜壮阔的“内爆”,最终凝聚成一个密度无限大、体积无限小的奇点。更让我惊叹的是,作者在讨论黑洞的“事件视界”时,引入了“莱布尼茨的鬼魂”这个概念。虽然我对这个概念的科学内涵还未能完全领悟,但它所传达出的那种“信息无法逃逸”的哲学意味,却让我对黑洞的神秘感有了更深层次的认识。这本书似乎在告诉我,科学不仅仅是冷冰冰的数字和公式,更蕴含着人类对宇宙最深刻的哲学思考。我对书中即将展开的关于黑洞辐射、霍金辐射以及信息悖论的讨论充满了期待,我相信作者会以他独有的方式,将这些复杂的概念一一剖析,让我能够更接近那些宇宙终极的奥秘。

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当我读到关于“量子黑洞”的部分,这本书立刻展现出了它另一层面的深度与前沿性。作者并没有回避量子力学与广义相对论之间存在的巨大鸿沟,而是以一种非常坦诚的态度,带领读者一同探索量子引力领域的挑战。他从黑洞蒸发(霍金辐射)这个令人费解的现象入手,解释了为什么量子效应在黑洞附近变得如此重要。书中对于“信息悖论”的讨论,更是让我脑洞大开。作者提出,如果黑洞蒸发后什么都不留下,那么在黑洞中落入的物质信息都到哪里去了?这似乎与量子力学中“信息守恒”的基本原理相悖。我为作者能够将如此抽象和前沿的物理学概念,用相对易懂的语言解释清楚而感到钦佩。他引入了“全息原理”和“ AdS/CFT对应”等概念,虽然我还需要更多的时间来消化这些内容,但它们所暗示的,即宇宙的许多物理规律可能存在于更高维度的“边界”上,这无疑为我们理解宇宙提供了全新的视角。这本书让我意识到,人类对黑洞的探索,正处于一个突破性的时代,而这本书,正是这场探索的优秀向导。

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这本书让我对宇宙的认识发生了深刻的转变。作者在讲解黑洞的“视界”时,不仅仅将其定义为光无法逃逸的边界,更是将其描述为“知识的边界”,一旦越过,我们所熟知的物理定律便不再适用。这种对“边界”的哲学式思考,让我不禁联想到人类自身的认知局限,以及对未知世界的永恒好奇。在讨论“量子黑洞”时,作者对“霍金辐射”的解释,让我对“蒸发”这个词有了全新的理解,它并非是简单的消失,而是量子效应作用下的一种能量释放。我尤其被书中对“信息守恒”与“黑洞信息悖论”的讨论所吸引,作者没有直接给出答案,而是列举了多种可能的解释,比如信息被编码在辐射中,或者信息被转移到另一个宇宙,这些猜想都极大地拓展了我的思维。这本书不仅仅是科普,更是一种思维方式的启迪,它鼓励我去思考那些看似不可能的可能,去探索那些尚未被发现的真理。

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这本书的魅力在于,它不仅仅是对现有科学知识的梳理,更重要的是,它激发了我对未知领域的无限遐想。在讨论黑洞的“奇点”时,作者并没有简单地将其描述为一个无限密度的点,而是提出了多种可能的理论模型,包括弦理论中的“模糊奇点”以及圈量子引力中的“量子反弹”。这种对科学前沿不懈追求的态度,让我看到了科学家们是如何在理论的边缘不断探索,试图弥合经典物理与量子物理之间的裂痕。我尤其喜欢作者在阐述“虫洞”概念时,那种既有科学依据又带有一丝哲学思辨的笔调。虽然虫洞目前仍停留在理论猜想阶段,但它为我们提供了理解黑洞作为时空捷径的可能性。作者通过对爱因斯坦-罗森桥的介绍,以及对未来科技能否操纵虫洞的探讨,让我感受到了科学的无限可能。这本书就像是一扇窗户,透过它,我看到了物理学最激动人心、最具创造力的一面,它让我不再满足于已知的宇宙,而是渴望去理解那些我们尚未触及的领域。

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阅读过程中,我发现这本书的一个显著优点是它的循序渐进性。作者在引入更复杂的量子概念之前,花费了大量篇幅来巩固读者对经典黑洞的理解。他详细讲解了黑洞的各种性质,如质量、角动量、电荷,以及它们如何决定黑洞的外部形态。我特别欣赏作者对“霍金辐射”的解释,他并没有直接给出数学公式,而是通过一个巧妙的比喻,将量子涨落和虚粒子对的概念形象化。他把视界附近的真空想象成一个充满活力的“粒子工厂”,在这里,虚粒子对不断产生又湮灭。当这个过程发生在视界边缘时,一个粒子可能会逃逸,另一个粒子则会落入黑洞,从而带走黑洞的能量。这种解释,让我在脑海中形成了一幅生动的画面,也让我对黑洞“蒸发”这个看似反直觉的现象有了初步的认识。这本书给我带来的不仅仅是知识,更是一种学习科学的方法论,它教会我如何从基本概念出发,逐步构建起对复杂现象的理解。

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