黑洞面积减少定律和天文观测的实验验证

２０１　３　Ｎ０　２９　Ｃｈｔｎａ　ＥｄｕｃａｔｉＯｎ　ｌｎｎｏｖａｔ｛ｏｎ　ＨｅｒｓＩｄ　科教研究　黑洞面积减少定律和天文观测　的实验验证　朱临　（浙江铁道学会　浙江杭州　３１　０００７）　摘要：阐述了黑洞面积减少定律。经过对天文观洲所得的较小黑洞面积．中等黑洞面积和较大黑洞面积的比较，证实了黑洞面积减少　定律的正确性。　’　关键词：黑洞面积　黑洞面积减少定律　天文观测　比较　证实　中图分类号：Ｐ１　５　９．３　文献标识码：Ａ　文章编号：Ｉ　６　７３—９７９５（Ｚ０Ｉ３）ｌ０（ｂ）一００　３８－０２　对于黑洞这种奇异的天体，科学界流　无论是两个小黑洞的质量不相等，还是两　时被发现，是一个银河系内位于天鹅座一　行的，是黑洞面积不减和黑洞面积熵不减　个小黑洞的质量相等，大黑洞的面积都小　个高质量Ｘ射线的双星系统。该星的星风　等理论。有人则与此不同，提出了黑洞面积　于两个小黑洞的面积之和。即有【ｌ１：　减少定理和黑洞面积熵减少定理平…，并提　Ａ＜Ａ１＋Ａ２．　（１）　出了对黑洞进行探测和对黑洞面积减少定　此即黑洞面积减少定律。据此，黑洞面　理进行检验的方法　。本文运用天文观测所　积不减定理是不能成立的。根据黑洞面积　３　得的数据，对较小黑洞面积、中等黑洞面积　熵和面积的关系式Ｓ：ａＡ，ａ：　，为常　和较大黑洞面积进行了比较。比较结果证　数，黑洞的面积熵也不会永不减少，即有　实了黑洞面积减少宪理的正确性。　Ｓ＜Ｓ，＋　：。因此，黑洞面积熵增加的理论也　是不能成立的。　１黑洞面积减少定律　弯曲时空的径向“距离”为　２黑洞面积的实测　￣－２．１较小黑洞的实测值　ｓｌ￣ｎ－１√七　。其中尼为曲率参量，，ｉ为　多年来，天文学家对南天的天坛座中　径向半径。可以看出，径向“距离”　有随时　有一颗正常恒星的双星系统进行了观测。　空曲率ｋ的增大而减小的趋势。这种情况　２００１年，Ｊ・格林尼，Ｃ・Ｄ・贝林，Ｊ・Ａ・奥路　下的空间是闭合型的空间。当三维空间中　斯在这双星系统中，发现了代号为ＸＴＥ　球的半径　相对于Ｒ为很小时，球的表面　¨６５Ｏ一５００的小黑洞。ＸＴＥ儿６５０－５００距　离地球为８４　８１１．ｙ，１．Ｙ＝９．４６２×１０”Ｃｍ，　积为　ｆ　一　。这里的　为　。　为光年。动力学质量为Ｍ　＝２．７—７＿３Ｍ　，　Ｍ　＝１．９８３ｘ１０”ｇ　２×１０”ｇ，为太阳的质　将　１　ｓ￣ｍ－１√　代入此式可得，　量。黑洞本身是肉眼所看不见的。它们往　去（　一了ｋｒｌ２］。其中ｓｉｎ　ｉｘ＝ｘ＋　往被盘状热气和尘埃所包围。当热气越聚　越多，就会隔一段时间释放Ｘ射线流。长久　以来，美宇航局戈达德太空飞行中心Ｎ・沙　３　＋…，　ｌＩ＜１。此式反映了曲率空　波什尼科夫及同事等天文学家使用美国宇　间中球的面积和空间曲率与径向半径的关　航局罗西ｘ射线时变探测器（ＲＸＴＥ），对其质　系。从上可见，弯曲时空的球面积小于平直　量进行了测定。２００８年３月３１日，Ｎ・沙波什　空间的球面积，其面积　减小的部分和曲　尼科夫及同事在加州洛杉矶举行的美国天　率ｋ有关，也和半径ｒ有关，曲率ｋ增大，　文学会高能天体物理分会的会议上公布，通　面积减小，半径ｒ越大，面积减小的越厉　过这种方法同其他成熟的测量黑洞质量的　害。　方法进行比照，获得了测量黑洞质量的“金　对干一个大球和两个小球的情况，可　钥匙”。当他们将这一测量方法应用于ＸＴＥ　以表示为：　Ｊ１６５０—５００黑洞的时候，获得了精确的测量　Ａ　＝４万ｒ　＝４　—｝４玎，　＋４万　２数据，发现这个其自认为质量最小的黑洞质　２＝Ａ　１＋Ａ　２。　量为Ｍ　＝３．８Ｍ　，直径Ｄ、　则为ｌ　５ｍｉ１，即　当两个小球不相等、即　≠Ｍ２、　Ｍｌ＋Ｍ２：Ｍ时，有Ａ　＜Ａ　１＋Ａ　２。在以上　Ｄ　＝ｌ５ｘ１．６０９＝２４．１３５ｋｉｎ＝２．４１４×１０　ｃｍ。其　中ｒａｉｌ为英里，１ｒａｉｌ＝１．６０９ｋｒｍ。其半径则为　计算中，运用了　丁。对于黑洞有　Ｉ　Ｒ　＝÷２．４１４ｘ１０。＝１．２０７×１０。ＣＩＴＩ　了。当两个小球相等、即　２．２中等黑洞的实测值　天鹅座ｘ一１简称Ｃｙｇ　Ｘ－１，距离太阳大　Ｍ２＝｛　时，有Ａ女＜２Ａ　】。从上可见，　约６０７０１．Ｙ，干１９６４年在一次火箭弹道飞行　３　８　中国科教创新导刊　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　为ｘ射线源的吸积盘提供物质。盘的内部　温度达到几百万Ｋ，因此辐射出Ｘ射线。另　一成员为超巨星变星ＨＤＥ　２２６８６８。两者　相距０．２天文单位，相互围绕着公转。两　条垂直于吸积盘的高速喷流将吸进的物　质喷射到星际空间。通过测量该天体附　近Ｘ射线的周期性，得出一个比星体演化　模型和力学方法显示的质量较为精确的　Ｍ　＝８．７土０．８Ｍ　太阳质量的数值。现在　估计，其质量为　＝８．７Ｍ　，而密度之　高，使黑洞成为其唯一的一种解释。其视　界半径Ｒ　＜３０ｋｉｎ＝３×１０４ｃｍ，约为：　Ｒｍ　ｄ：２．６ｋｉｎ＝２．６×１０　ｃｉｎ。　２．３较大黑洞的实测值　据美国太空网报道，科学家们观测到，　在距离地球大约２．５亿光年的英仙座星系　团中一个小型星系ＮＧＣ　１２７７内部，发现了　一个可能是迄今已知质量最大的超级黑　洞。要检测黑洞质量是非常困难的。德国马　克思一普朗克天文研究所的天文学家Ｒ・雷　姆科的小组使用强大的集光设备——德克　萨斯大学奥斯汀分校麦克唐纳天文台的霍　比一埃伯利望远镜，在寻找最大质量黑洞　的巡天观测过程中，发现星系ＮＧＣ　１２７７内　部的一些恒星和其它天体，以异乎寻常的　高速度转动，速度超过２１　８ｋｍ・Ｓ＿’，约为　３５０ｋｉｎ・ｓ＿　公里。星系ＮＧＣ　１２７７显得非常紧　凑和平坦，直径不超过９７８４１．ｙ。这种异乎　寻常的速度和极小的空间区域可能暗示，　其内部可能隐匿着的黑洞的质量，可能超　出以前所知最大黑洞的许多倍。研究小组　调用此前哈勃空间望远镜有关星系ＮＧＣ　ｌ　２７７的存档资料，结合霍比～埃伯利望远　镜的数据，并在超级计算机上运行多种模　型进行了计算，并最终在其核心确认了这　个巨型黑洞的存在。这个黑洞质量大约为　Ｍ　＝１　７×１　０］ｏＭ　。ＮＧＣ　１　２７７是一个较小的　在星系型态分类上介于椭圆星系和螺旋星　系之间的透镜星系。一般星系中黑洞的质　量只占整个星系总质量的０．１％左右，该黑　科教研究　Ｏｌ￣Ｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉ。ｎ—Ｉｎｎｏｖａｔ…　…．ｉｏ—ｎ　Ｈｅｒｅ￡ｌｌ口ｄ　洞的质量则占整个宿主星系总质量的　洞的一半，则有２Ｍ，＝Ｍ。据此，其面积有，　是黑洞面积减少定律和黑洞面积不减定理　ｌ４％。这是一个奇特的星系，它应当归入一　２４　Ａ。在宇宙中，小黑洞的质量等于一　的判别公式。　种新的星系一黑洞系统类别。这个黑洞的　个大黑洞质量一半的情况也应当是存在　视界范围相当干海王星轨道直径的１１倍左　的。如果能探测到这种情况，并证实的确　４结论　右，为Ｒ　＝４．９５４×１０　ｃｍ。海王星公转轨　存在２　＞Ａ的关系，那也就可以证实，黑　据上可知，在具有同样质量　的情况　道距太阳３０．０６ＡＵ，为４．５０４×１０１４ｃｍ。星系　洞面积减少定理是正确的。因而可得，　下，其大质量黑洞的面积都小于　倍中等　ＮＧＣ　１２７７内部只存在古老的恒星。这个星　４　，，　，为任意大黑洞的面积，４　质量或者，ｚ倍小质量黑洞的面积，中等质　系内部最年轻恒星的年龄也超过了８０亿　为任意小黑洞的面积。据上有　ｚ】：　量黑洞的面积也小于　倍小黑洞的面积。　年。这种现象可能只存在于大爆炸后的这　Ａｉ＞　．　（２）　这就验证了黑洞面积减少定律。黑洞面积　段时期，在那之后便很少发生，因此这种现　对于小黑洞质量为大黑洞质量一半即　减少定理经过实验的检验，证明是正确性　象可能作为一种遗迹，让我们得以一窥早　期宇宙中恒星和星系形成时的情景。这可　吉１　　的情况，有　Ｍ　Ｍ　。　的。这对于黑洞的理论研究和天文观测，都　具有重要的科学意义。　能也是黑洞蒸发机制作用的结果。　此即两个小黑洞的质量相等、两个小黑洞　在操作上，直接测量黑洞的半径的确　的质量等于一个大黑洞的质量即２　＝Ｍ　参考文献　是比较困难的。但用间接方法进行测量还　的情况。从上可见，黑洞面积减少定律可以　【１】朱临．黑洞面积熵不减理论的谬误和引　是较为容易的。人们知道，黑洞的径向“距　表述为，对于具有质量的一个大黑洞的面　力系统熵量减少原理的意义［Ｊ】．中国科　１　积，小于大黑洞质量与小黑洞质量的比值　离”即三维空间半径为　Ｓｌｎ‘　，ｒ　教创新导刊，２０１２，４３（１　３）：１１９一ｌ２０．　＾　的平方和小黑洞面积的乘积；式（３）即为此　［２】朱临．关于黑洞的探测和黑洞面积减少　为径向半径。光线可以绕黑洞沿圆周传播　定律的公式表示。在宇宙中，大黑洞和小黑　定理的检验【Ｊ】．中国科教创新导干０，　的球面为光球。光球的半径为施瓦西黑洞　洞是常见的。因此，这种情况是完全可以探　２０ｌ２，４３（３４）：１０８－１０９．　半径的１．５倍，即Ｒ　＝１．５ｒａ。这些轨道是　测得到的。如果能探测到这种情况，并证实　不稳定的。据此可得，黑洞的面积为　的确存在，ｚ４＞Ａｊ的关系，那就可以证实，　Ａ＝４　：４万（０．３８５Ｒ　）　。如果测量的是　黑洞面积减少定理是的确成立的。　从上可见，在具有同样质量　的情况　光线的逃逸半径，也可得到类似的结果。据　下，无论是大质量黑洞和　倍中等质量黑　上，光线的逃逸半径Ｒ　是可以测定的，施　瓦兹西尔德黑洞的半径　也是可以确定　洞还是　倍小质量黑洞，或者中等质量黑　洞和　倍小质量黑洞，都有　的。因此，黑洞的面积也是可以确定的。　口＜ｌ　（３）　３黑洞面积减少定理的验证　其中口为常数。黑洞面积减少定律也　对于两个小黑洞和一个大黑洞来说，　许也是黑洞蒸发的机制。　如果这个大黑洞是由这两个小黑洞合并而　．　成的，那么有　＋　＝Ｍ。据此，其面积　从上可见，　ｍ　ｎａｒ　、／　』　。其中　有　＋　，—　。在宇宙中，两个小黑洞的　Ｍ．　／　ｍ　，质量等于一个大黑洞的质量的情况应当是　为质量比；　、／　，为面积开　存在的。因此，这种情况也应是可以探测得　方比。据此有：　到的。如果能探测到这种情况，并证实的确　，ｚ　ｄ　＞ｎｄｒ　【４）　存在４＋　＞Ａ的关系，那就可以证实黑　就是说，大小黑洞的质量比率大于其　洞面积减少定理是成立的。如果两个小黑　面积的比率，面积的增加比质量的增加为　洞的质量相等，一个小黑洞的质量是大黑　慢。上式为黑洞面积减少定律的判据。这也　（上接。　页）　参考文献　［４】杨发福，郭红玉，叶荣梅．“低碳理念”下　低碳理论落到实处。　［１１张丽园・有机化学实验教学中的绿色化　大学有机化学实验改革的思路与途径　综上所述，结合时代特色和中医药院　研究与探索…・广东化工，２０１１，３８（１２）：　［ＪＪ．实验室科学，２Ｏｌｌ，１４（５）：１９７—１９９．　校的实际，在有机化学实验教学中进行低　１　５９，１６２．　ｆ５】孟令国．有机化学实验教学中・ｔ低碳、绿　碳化改革，是一件非常有意义的工作。经实　ｆ２】徐晨，王志强，娄新华・低碳经济下的工　色环保”概念的引入［Ｊ　Ｊ．中国科教创新　验内容的调整优化、实验规模的缩小、新型　科有机化学教学实践［Ｊ】・洛阳师范学院　导刊，２０ｌ２（１）：１４１．　实验技术和现代教育技术的应用，可以很　学报，２０１１，３０（８）：６４—６６．　好的让学生在有机化学实验中领会低碳理　［３１陶李明，刘文奇，周芸．基于“低碳理念”　论的内涵，树立低碳理念，提高效益、节约　下的有机化学实验教学改革的探索与　成本，真正实现高校的可持续发展。　研究…．湘南学院学报，２０１３，３４（２）：７７－　中国科教创新导刊　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　３　９