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接著是摘要、關(guān)鍵詞,然后是正文部分。
正文中周晨層次分明的運用層級標題對文章進行了切分,主要講述了特殊黑洞的狀態(tài)和它的數(shù)學模型,以及“極端克爾黑洞”與“宇宙監(jiān)督假設(shè)”之間的聯(lián)系。前者是周晨研究生畢業(yè)論文的內(nèi)容,后面則是新添加上去的內(nèi)容。
他通過一組組復雜的數(shù)學偏微分方程運算,結(jié)合度規(guī)張量等描述了在極端克爾黑洞環(huán)境下的局部時空幾何性質(zhì),并用數(shù)學工具重新推導論證了黑洞的幾大定律,最后嚴格得出“宇宙監(jiān)督假設(shè)”即“黑洞第三定律”的準確數(shù)學推導。
宇宙監(jiān)督假設(shè),核心內(nèi)涵是假設(shè)宇宙間存在一個監(jiān)督者,使黑洞的奇點不能裸露到外面。
它脫胎于歐洲的文化傳統(tǒng),據(jù)說在古羅馬時期,歐洲的城市里會有一名監(jiān)督官,他不允許任何人不穿衣服走在大街上。
彭羅斯認為,黑洞的視界好比是“衣服”,為保證時空中的因果性,宇宙應(yīng)該有一個“監(jiān)督者”,他不許奇點和奇環(huán)“不穿衣服”裸露出來。由于視界的存在,黑洞外的人得不到任何來自黑洞內(nèi)部的信息,當然也就看不見洞內(nèi)的奇點和奇環(huán),不受它們的“不良影響”,因果性也就不會被破壞。
但“監(jiān)督者”是誰,彭羅斯沒有說,就像大氣層被發(fā)現(xiàn)前,有人提出“自然害怕真空”一樣,實際上沒有給出問題的答案。
“宇宙監(jiān)督”毫無疑問是一條自然定律,它可能是我們目前還不知道的什么定律,然而自然的定律不會太多,所以它更可能是一條我們已經(jīng)知道的重要定律,只不過還沒有把它與“裸奇異”聯(lián)系起來。
事實上關(guān)于“宇宙監(jiān)督”即黑洞第三定律的猜測一直存在,更因為黑洞定律與熱力學定律的高度相似,人們按照熱力學定律描繪出了黑洞的幾大定律公式。
但在嚴格意義上的數(shù)學證明過程中,仍有未解的地方。
比如克爾黑洞與史瓦西黑洞一樣,都有溫度,那也應(yīng)該存在熱輻射。
霍金證明了球?qū)ΨQ的史瓦西黑洞能熱輻射各種粒子后,很快也有人證明了克爾黑洞可以熱輻射自旋為整數(shù)的各種粒子(玻色子),但在證明熱輻射為半整數(shù)的費米子上卻遇到了困難。
關(guān)鍵是這一過程要用到彎曲時空中的旋量方程,只是這種旋量方程中粒子波函數(shù)的各分量耦合得很厲害,很難求解。
周晨這次便十分聰明地運用了一個數(shù)學工具,巧妙的做到了退耦處理,并找到了嚴格解,最終證明了這一過程。
如此一來,周晨便在計算的過程中將克爾黑洞與史瓦西黑洞嚴格地等同了起來。
同時,他還得到了一個關(guān)于克爾黑洞表面引力的新表達式,這個新表達式雖然要比原先的表達式更加復雜,咋一看不僅顯得繁瑣,甚至有些沒頭沒腦。
要知道公式之美在于它的簡潔,往往一個具有美感的公式,其蘊藏的能量與意義是非同凡響的,如果依照這點來判斷,周晨的新表達式無疑是丑陋的,也并不具備推廣的價值。
但就是這個丑陋繁雜的表達式,卻能夠在數(shù)學換算中展現(xiàn)出它的魅力。
通過一層層巧妙的數(shù)學工具運用后,呈現(xiàn)在人們眼前的竟然是一個截然不同的另一面,算著算著,居然得到一個嚴格解了?
就好像武俠世界中一個沿街乞討的乞丐,他的穿著骯臟破爛,渾身上下充斥著藏污納垢的氣息,然而接下來的一場沖突,才讓周圍的人渾然覺知,他竟然是一個絕世高手!
重劍無鋒,大巧不工,這種樸實無華的沖擊無疑是非常巨大的。
而這個公式,正是整篇論文當中最大的亮點。