摘要本文第一部分介绍了黑洞的基本性质，根据中心引力源的特征对黑洞进行分类，并讨论了Schwarzschild 度规和Kerr-Newman度规的基本性质。采用卡诺循环的方法证明了黑洞的温度与其视界表面引力成正比，熵与其视界面积成正比。类比经典热力学四定律介绍了黑洞热力学四定律。阐述了霍金辐射的物理机制，并采用Damour-Ruffini法严格地证明了霍金辐射，发现霍金辐射谱就是黑体辐射谱。然后利用现代信息理论，揭示了熵的本质就是隐藏的信息。如果将信息丢入黑洞，黑洞的表面积会增加。当黑洞通过霍金辐射蒸发完后将从纯态变为混合态，造成信息不守恒，这违背了量子力学的幺正性原理。最后，简单地介绍了包括时空等效假设、AdS/CFT对偶在内五种可能解决黑洞信息悖论的模型。72129

毕业论文关键词：黑洞； 霍金辐射； 信息悖论 ；

Abstract In the first part of this thesis，the basic properties of black holes are introduced 。 Black holes are sorted according to the characteristics of the center gravitational stars。 The fundamental qualities of Schwarzschild and Kerr-Newman metric are discussed。 Using Carnot cycle pattern, this paper demonstrates that black holes’ temperature is proportional to the surface gravity of the outside event horizon and the entropy is proportional to the area of the outside event horizon surface。 In analogy to classical four laws of thermodynamics, four laws of black holes’ thermodynamics are introduced。 The physical mechanism of Hawking radiation is clarified, and Hawking radiation is demonstrated by Damour-Ruffini method, finding the spectrums of Hawking radiation are exactly the spectrums produced by black bodies。 Then utilizing modern information theory, entropy is related to hidden information。 If one throws some bits of information into a black hole, the area of the black hole’s event horizon would increase。 The pure state would shit into a mixed state after a black hole completely evaporates away, which violate the unitary principle of quantum mechanics。 Finally, five models for solving black holes information loss paradox are introduced, including a model that treat time on equal footing with space, and AdS/CFT duality。

Keywords: Black hole; Hawking radiation; Information loss paradox

目录

摘要 i

Abstract ii

第一章 绪论 1

第二章 黑洞的基本性质 3

第1节 黑洞的分类 3

第2节 黑洞热力学 4

第3节 黑洞的温度与熵 6

第三章 霍金辐射 8

第1节 霍金辐射的物理机制 8

第2节 霍金辐射的证明 9

第四章 信息理论与黑洞的信息悖论 12

第1节 信息与熵 12

第3节 信息落入黑洞 14

第3节 黑洞信息悖论 15

第五章 如何走出悖论？ 16

第1节 时空等效假设模型 16

第2节 AdS/CFT 对偶 19

第3节 其他模型 20

第六章 总结 21

参考文献