超弦M理论解释黑洞的熵的真伪

发布时间：2023-06-27 14:37:23 所属栏目：动态来源：

导读：要解释黑洞的熵值到底是多少,以及为何黑洞一开始具有这些属性,最初最合情合理、有希望的方法就是,指出黑洞所发射的霍金辐射,尤其是它所发射的辐射具有很清晰的温度。

当描述一团气体时，我们并没有指定其中每个分

要解释黑洞的熵值到底是多少,以及为何黑洞一开始具有这些属性,最初最合情合理、有希望的方法就是,指出黑洞所发射的霍金辐射,尤其是它所发射的辐射具有很清晰的温度。

当描述一团气体时，我们并没有指定其中每个分子的位置和速度的数值；我们而是使用诸如压力和温度等量来描述它，这些量被构造为基础的、更精细的量的统计测量，如单个分子的动量和能量。

根据一种常见的解释，气体的熵衡量的是总描述的不完全性，就像它一样。在第一个试图认真对待超级黑洞或者说具有真正的物理规律性的熵的想法时，自然很难避免要试图为它实事求是地构建这样一个统计学的起源。

经典广义相对论的工具不能提供这样的构造，因为它不允许将黑洞描述为一个系统，其物理属性是作为基础的、更精细的量的粗略统计措施而产生的。甚至弯曲时空上的量子场论工具也不能提供，因为它们仍然把黑洞当作一个完全以时空的经典几何定义的实体。

任何旨在 "计算黑洞微观状态 "的计划都不需要接受对熵的主观主义解释，如杰恩斯。无论如何，在对熵的性质的任何看法上，都会出现一个密切相关的问题，即确定黑洞熵的"位置"是在事件视界内，还是在事件视界外。

解释被贝肯斯坦熵计算的这些微观状态是什么，一直是量子引力研究者热切追求的一个挑战。1996年，超弦理论家能够说明弦理论是如何产生某类经典黑洞所依据的弦态数量的，而且这个数量与贝肯斯坦熵所给出的数量相符。

利用环形量子引力对黑洞状态的计数也恢复了贝肯斯坦熵。在哲学上值得注意的是，这被当作这些计划的重大成功，它被提出来作为认为这些计划在正确轨道上的理由，尽管在黑洞附近没有量子效应，更不用说霍金辐射本身，曾经被实验观察过。

尽管如此，通过计算 "微态 "来推导贝肯斯坦熵已经成为量子引力程序的一个必要条件，即使只是针对极端黑洞的特殊情况，如果一个人不能从类似于他的程序的第一原理中做到这一点，没有人会认真对待你。

一个理论上预测的现象，通过将看似不相容的理论以一种新的方式结合起来，以便将它们的范围扩大到我们在可预见的未来没有办法测试的制度，是如何成为测试理论物理学中新想法的最重要试金石的。它能发挥这种作用吗，哲学家们还没有开始认真处理这些问题。

因为有一个基于地平线本身有一个杰出的几何形状的杰出的粗略训练；遵守热力学第二定律，因为黑洞外的东西的一部分有效能量的动力学并不遵守物理学的标准以及量子计算机演化的规则。

这些论点简明地抓住了黑洞熵与普通热力学熵的根本不同。第一个，从黑洞力学的第二定律已经很明显，强调了一个事实，即黑洞熵与系统的表面积成正比，而不是像普通热力学系统那样与体积成正比。

第二条阐明了这样一个事实，其统计数据被推测为引起熵的基本实体是在当代物理学中也许是最基本的结构，时空本身的组成成分，而不是像原子这样的高级衍生实体，在我们最深的物质理论，量子场理论中，它们不是基本的。

第三条强调，与普通物质的统计力学中没有 "自然 "的底层微观自由度的粗放方式相反，这里有一个独特的自然的，与视件视界的几何形状是独特的这一事实密切相关，而普朗克尺度提供了一个被许多人认为是物理上的特权的面积单位的测量。

第四条指出，黑洞热力学的第二定律，被概括为包括黑洞和普通物质的贡献，并不是像普通物质的第二定律那样，从现象学上得出的经验概括；相反，它直接来自最基本的动力学原理，即量子演化，并与广义相对论中的空间基本几何学相结合。

只要人们认真对待贝肯斯坦熵作为真正的热力学熵，这些差异强烈地表明，将熵扩展到黑洞不仅应该修改和丰富我们对作为物理量的熵的理解，而且还应该修改和丰富我们对温度和热的理解，所有这些方式也许与19世纪末将这些经典量扩展到电磁场的方式相似。

多尔蒂和卡伦德在这里也对正统观念提出了挑战，他们认为，黑洞的面积在很多方面的表现都不像经典熵，这强烈表明我们应该对把它当作经典熵持怀疑态度。库里尔试图反驳他们，正是利用了这样一个观点。

一个已知的物理量扩展到一个新的体系中，将不可避免地导致概念本身的修改，以及它可能与其他物理量的关系的修正。因此，我们应该期待黑洞熵的表现与普通熵不同，而正是这些差异可能会产生对古老谜题的物理和哲学洞察力。

如果一个黑洞通过霍金效应发射辐射，那么它将失去质量--显然违反了黑洞力学的经典第二定律。同样，正如贝肯斯坦所说，我们可以违反普通的热力学第二定律，只需将具有高熵的物质扔进黑洞。

普通热力学第二定律在二十世纪关于物理学哲学基础的辩论中有着悠久的、杰出的和有争议的历史，特别是延伸到现代物理学实践哲学的几乎每一个重要课题，以及一般实践科学社会哲学的许多非传统的重要课题中。

包括热力学和统计力学之间的关系；量子力学的测量问题，以及量子信息和计算理论的地位和意义；各种时间箭头的定义以及它们之间的关系；宇宙学中所谓的过去假设；决定论；因果关系；预测与追溯；基于理想化和近似的推理的性质；出现和还原；以及理论确认的问题。

这个广义第二定律本身如何要求修改关于第二定律的传统问题，并可能导致对它们的新见解，这几乎是一个完全没有探索的问题。随着广义宇宙第二定律的假设和它被物理学界广泛接受，相对论者提出了许多令人匪夷所思的有趣的令人困惑和不可思议的问题。

至少从物理和哲学的角度来看，广义第二定律事实上承认有多种不同的证明方式。其中一些方式在数学上比其他方式更严格，一些在物理上更清晰和直观，一些更普遍，而且几乎所有的方式都在不同的制度下具有各自的有效性，使用不同类型的物理系统，不同的近似和理想化，以及不同的物理和数学出发点。

人们对这个问题的回答将敏感地取决于，除其他外，人们对理论间关系的看法。事实上，由于对这些问题的不同回答会导致分别具有相互矛盾的假设的 "证明"，人们很可能担心，如果推导出的原则在所有情况下都是一样的，那么它将变成一个同一反复。

（编辑：汽车网）

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