奇点和黑洞
空间奇点是间隔的故障，无论是在其几何形状还是其他基本物理结构。 它是持续的物理和哲学研究的主题，以澄清这种病理学的性质和意义。 当它是断裂的根本几何形状时，时空奇点通常被视为时尚本身的端部或“边缘”。 然而，当一个人试图使这个概念更精确时，出现了许多困难。 在其他物理结构中的故障构成其他问题，同样困难。 我们目前的时空理论，一般相对论，不仅允许奇点，而且告诉我们，在一些现实世界的情况下它们是不可避免的。 因此，如果我们要掌握实际宇宙中的空间和时间的性质，我们显然需要了解奇点的本体论。 奇点的可能性也对身体决定论和物理法律范围的问题带来了潜在的重要意义。
黑洞是Spacetime的区域，没有什么，没有甚至光，可以逃脱。 典型的黑洞是重力变得如此强的结果，即一个人必须比光更快地行进，以逃脱它的拉力。 这种黑洞在他们的中心均有单奇特时期; 因此，我们不能完全理解一个黑洞而不了解奇点的性质。 然而，黑洞筹集了几个额外的概念问题和问题。 当考虑量子效应时，黑洞，虽然它们只不过是时尚的区域，但似乎成为热力学实体，温度和熵。 这似乎指出了我们三个最基本的理论，一般相对性，量子场理论和热力学之间的深度和迄今为止的联系。 然而，它可能意味着将热力学性质属性到黑洞可能意味着什么。 与此同时，黑洞的一些热力学性质现在似乎可以通过观察由普通材料构成的“类似物”系统的行为直接测试地面实验室。 这一切都引发了关于理论间关系的问题，特别是关于它在不同理论中的“相同”数量之间的关系。 它还具有第二种热力学定律的含义和地位，可能影响表征时间宇宙箭头的含义。
最后，归因于黑洞的熵似乎是量子重力特性，因为重力恒定和普朗克恒定都会出现在黑洞熵的标准公式中。 实际上，作为具有醒目量子特性的引力实体，我们对黑洞所知的是，在核心和指导中，许多尝试制定量子重力理论。 这导致了一个辩论，这些辩论可能会被完全保护或侵犯一个完全量子的重力。
因为很少有哲学家在这些问题上致力于努力，但根本没有调查许多令人利益的问题和问题; 其他人只有最糟糕的开始; 因此，本文中讨论的几个部分只是提出问题并指出应得哲学关注的问题。 该领域广泛开放，可扩展和密集勘探。
所有技术材料所需的所有技术材料都可以在众多优秀的经典和最近来源中找到更深入的本条目主题，包括：霍金和埃利斯（1973年）; Geroch和Horowitz（1979年）; 沃尔德（1984年，1994年）; 布卢特等人。 （1995）; Mally（2007,2012）; 和Manchak（2013,2020）。 读者不熟悉的普通相对论可能会发现审查洞参数条目的现代空间理论有助于：初学者指南，这介绍了对空间流形，度量标准和世界的概念的简要和访问。
1.时空奇点
1.1。 路径不完整
1.2。 边界结构
1.3。 曲率病理学
2.奇点的重要性
2.1。 奇点的定义与存在
2.2。 一般相对论的细分？
3.黑洞
3.1。 标准定义和属性
3.2。 观察黑洞
3.3。 宇宙中最完美的物体
3.4。 准局部黑洞
3.5。 黑洞的不同定义
4.赤裸的奇点，宇宙审查假设和不确定主义
5.黑洞和热力学
5.1。 黑洞的古典定律
5.2。 黑洞热力学
5.3。 什么是黑洞熵？
5.4。 热力学的广义第二律
5.4.1。 令人眼花缭乱的各种证据
5.4.2。 可能的违规行为
5.4.3。 熵界和全息原则
5.4.4。 广义第二法的可能后果
5.5。 一般引力熵
6.黑洞和量子理论
6.1。 霍金辐射
6.2。 信息丢失悖论
6.3。 量子重力的路径？
7.模拟黑洞和霍金辐射
参考书目
参考书目：哲学
参考书目：物理学
参考书目：哲学参考
参考书目：物理参考
学术工具
其他互联网资源
相关条目
1.时空奇点
一般相对论，爱因斯坦的空间理论，时间和重力，允许存在奇点。 每个人都同意这一点。 然而，涉及如何确定奇点的问题，然而，有广泛的分歧。 某种方式的奇点信号信号本身的几何形状的分解，但这提出了一个明显的困难，参考奇点作为驻留在时空的某些位置的“东西”：没有良好的几何形状，可以没有位置。 出于这个原因，一些哲学家和物理学家建议我们根本不应该谈论“奇点”，而是“奇异的空间”。 在该进入中，两种配方通常将被视为等同物，但在其变得显着时将突出显示区别。
奇点通常在类似于时空的织物中的撕裂时隐喻地构思。 最常见的尝试将奇点中心定义为这幅图像容易建议的两个核心思想之一。 首先，如果它包含一个不完整的路径，那么时尚有一个奇点，这是一个不能无限期地继续，而是缩短，因为它没有可能延伸。 （“在它进入撕裂之后，道路应该去哪里？它来自撕裂的地方在哪里？”）第二是在外星赛是单数，以防有点“缺失它”。 （“撕裂应该是撕裂的空间点在哪里？”）
另一个常见的思想，经常被宣传在两个主要概念中，是奇异结构，无论是以缺失点还是不完全路径的形式，都必须与某种分类的病理行为有关，即奇异的时空的曲率，即，基本变形时尚表现为“引力场”。 例如，曲率强度的一些测量（“重力场”的强度）可以随着遍历不完全路径而无绑定而增加而不会增加。
近年来，它意识到存在另一种单一的行为，即Spacetimes可能表现出来，概念上和物理地从奇点呈现不完全曲线或缺点的形式。 这些被称为“突然的奇点”，在宇宙学环境中尤为重要。 除了他们的内在兴趣外，他们还呼吁大部分标准，传统的概念和关于奇异结构的统一，以一般相对论。
最后，对奇点的重要性有相当多的分歧。 许多物理学家认为，一般相对性的奇异结构的预测在理论中发出严重的缺陷：奇点是一种指示通用相对论所提供的描述正在分解。 其他人认为，奇点代表物理学家在天体物理学和宇宙学中探索的令人兴奋的新可能性，从而从任何我们曾经经历过信号的情况下，持有物理现象的承诺，我们试图观察，量化和理解它们，这是一个深刻的我们对物理世界的理解力提前。
这些问题中的每一个都将在下交。
一般相对论的奇异结构的历史令人着迷，争论它可以追溯到理论的最早的日子，但讨论它超出了本文的范围; 感兴趣的读者应咨询Earman（1999），Earman和Eisenstaedt（1999），Senovilla和Garfinkle（2015年），以及其中的参考。
1.1。 路径不完整
虽然存在竞争时期奇点的竞争定义，但最多的中央和广泛接受的标准依赖于某些空间含有不完整，不介绍的路径的可能性。 实际上，竞争对手定义（在缺少点或曲率病理学方面），正如我们将看到的那样，依靠路径不完整的概念。
Spacetime的路径是通过空间和时间的连续事件链。 如果不断捕捉手指，则不会暂停，然后捕捉的集合形成路径。 最重要的奇点定理中使用的路径代表了粒子和观察者的可能轨迹。 这种路径被称为世界线; 它们由对象在其寿命的每个瞬间的存在的存在的连续事件序列组成。 路径是不完整的并且是不展示的方式，粗略地说，在有限的时间之后，在该路径之后的粒子或观察者之后会“耗尽世界”，因为它是 - 它会冲到空间织物中的撕裂和消失。 （参见图1.）或者，粒子或观察者可以跳出撕裂以遵循这种路径。 虽然任何一个都没有逻辑或身体矛盾，但它看起来就出现在其身体上的观察者或允许在时空中间进入或不存在的粒子，所以说话 - 如果这不足以结论时空是单一的，很难想象还有什么。 同时，由于这个奇点的标准首先提出，接地工作预测了这种病理路径存在的存在（Penrose 1965,1968; Hawking 1965,1966A，1966年，1966C，1966C，1966C，1966D; Geroch 1966,1967,1960,1970;霍金和彭罗斯1970）没有根据本标准作为奇异结构的必要条件，因此没有达成共识，因此没有关于固定定义的共识它。
一个被标记的强调线'从观察者来到哪里？' 倒入一个黑色的椭圆形标记为“Spacetime的撕裂”; 从椭圆形开始，一个quiggly线与标签“观察者去哪里？” 在右侧和左侧的“观察者”
图1：时空的撕裂
在这种情况下，Spacetime中的不完整路径是既不介入的，也意味着穿越路径的任何粒子或观察者将仅在原则上不再继续存在的有限间隔。 对于这项工作的标准，我们希望它需要它，我们需要限制正在讨论的班次阶段。 具体而言，我们将涉及最大延长（或仅为“最大”）的刻度线。 实际上，这种情况说，一个人的时空的代表性是“尽可能大”。 从数学的角度来看，没有办法将时空视为较大，更广泛的时空的适当子集。 （见图2.）
标有黑色椭圆形的“从时空中取出的点”; 曲线和椭圆形标记为“远离的路”下降
图2：非最大的时空
如果在空间中存在不完整的路径，请转向要求背后的思想，然后也许路径只是因为一个人没有足够大的空间模型而不完整。 如果是最大限度地延伸空间歧管，那么可能先前不完整的路径可以扩展到更大的时空的新部分，表明没有物理病理学下潜的路径的不完整性。 不足的是我们使用的不完整的物理模型仍然居住在代表时尚。
非最大延伸的时空的一个例子可以很容易地，以及它们为什么他们直观地似乎以某种方式或其他缺陷的感觉。 暂时，想象一下，Spacetime只有二维，平坦，就像一张纸一样。 现在，从这架飞机上的某个地方脱颖而出，一套封闭的任何形状。 通过删除集中的一个点传递的任何路径现在不完整。
在这种情况下，产生的时空的最大延伸是显而易见的，并且确实解决了所有此类不完整路径的问题：重新纳入先前切除的集合。 （参见图3.）这种实例的看似人工和学生的性质以及易于矫正它们似乎似乎有利于需要刻薄的最大值。 此外，有时候有时认为没有已知的物理过程，可能没有可能导致空间缩短的空间，因为它没有继续，它是没有延伸（Clarke 1975; Ellis和Schmidt 1977）。
弯曲的黑线被标记为“道路上”; 这条线通过用虚线绘制的白色椭圆形的中间，标记为“填充洞”
图3：通过填充其孔来制造非最大的空间
在最近的重要工作中，曼彻克质疑需要甚至需要要合理的需要差距是最大的（即，即可，即义务），指出条件的认知状态（Manchak 2011）的问题，其概念性核心（Manchak 2016A）及其形而上学性格（Manchak 2016B）。 因为在讨论了奇异结构时，绝对是在物理文献中的最常见假设，但是，我们将继续为本次讨论而担任它，尽管如此，曼彻克的有趣论点。 （Manchak的论点将在下面第4节进一步讨论。）
一旦我们建立了对最大稗次感兴趣的，下一个问题就是对奇点相关的道路不完整性。 在这里，我们找到了很多争议。 不完整性的标准通常看一些与路径（例如其适当长度）自然相关的一些参数的增长。 通常还对一个考虑的路径进行进一步限制 - 例如，可以排除可以仅通过在有限时间内经历未染色的加速的粒子来遍历的路径。 然后，如果拥有路径，则表示单数，使得与该路径相关联的指定参数不能在不绑定的情况下由于遍历最大扩展的路径而没有增加而不会增加。 这个想法是，问题上的参数将用作一些明显物理性质的标记，例如粒子或观察者所经历的时间，因此，如果该参数的值沿整个路径保持有限，则我们已经在有限的时间内用完了路径。 我们在时尚的边缘或“泪水”。
对于各处的路径，即，不涉及光的速度的速度，它是自然的，作为参数，作为沿着路径的正确体验，即沿着自然时钟的路径测量的时间，例如一个基于一个论原子的振动频率。 （也有一个天然选择，即一个可以为空间的路径制作，例如，那些由单个“时间”的点组成，并且对于空路径，其次是光信号的那些;但是，因为空间和空案例增加了另一级技术复杂程度，我们在这里不得讨论它们。）对时间般的路径的这种不完整性的物理解释或多或少是简单的：在未来方向上的适当时间不完全不完全将代表大量身体的可能轨迹永远不会超过一定的年龄存在它的存在。 （如果路径在过去的方向上不完全，则可以制造一个类似的陈述。）
但是，我们不能简单地规定最大的Spacetime是单数，以防它包含无法延长的有限时间的路径。 这种标准意味着即使是特殊相对论所描述的平坦时空是单数的，这肯定是不可接受的。 这将遵循，因为即使在平坦的时空中，也有时间般的路径，没有无限的加速，只有有限的时间，也是不可伸展的。
最明显的选择是根据且仅当它包含不完整的，即义务的时间测量仪，即表示惯性观察者可能的轨迹的路径，即偶然的秋季。 然而，这一标准似乎太宽松，因为它将算作非奇异的一些空间，其几何形状似乎是病态的。 例如，GEROCH（1968C）描述了一种间隔的间隔时间，并且具有不完整的总加速度的不完整的时间线路 - 也就是说，由火箭遍历的时空中的不伸展路径。有限量的燃料，观察者可以仅在适当的时间内体验有限量。 当然，在这样一个火箭中的勇敢宇航员，谁永远不会超过一定点，就会让抱怨这些时空是奇异的事情。
因此，当偶然是单数的时，我们希望一个不限于大动物的定义。 然而，我们需要某种方式克服非奇异空间的事实包括非特性适当长度的不介绍的路径，这些路径不是Prima Face Pathology（例如，扁平刻度为无界总加速度的不可介绍的路径）。 对此问题的最广泛接受的解决方案利用略微不同，技术复杂的长度概念，称为“广义仿射长度”（Schmidt 1971）。[1] 与适当的时间不同，这种广义仿射长度取决于一些任意选择。 （粗略地说，长度会根据选择计算它的坐标而变化;请参见注释1.）如果长度为一个这样的选择，则为所有其他选择将是无限的。 因此，路径是否具有有限或无限的广义仿射长度的问题是一个明确的问题，这就是我们所需要的一切。
赢得了最广泛的接受领先的专耳曼（1995，第36页）的定义，以使这一奇异性的半官方定义 - 是以下内容：
如果它最大值并且包含有限的通用仿射长度的潜在一个潜在的路径，则Spacetime是单数。
要说时空是奇异的，那么可以说有至少一个具有有界（广义仿射者）长度的最大延伸的路径。 为了另一种方式，当唯一一个给出的路径可能不伸展的唯一原因是唯一的原因是它已经无限的（在这种技术意义上）的唯一原因时，时空是无意义的。
面临这个奇点定义的主要问题是，广义仿射长度的物理意义是不透明的，因此目前尚不清楚以这种方式定义的奇点的物理相关性。 例如，它没有任何作用是澄清Geroch描述的时空的物理状态（Geodesbyly完成但包含有界总加速的不完整路径），它将其分类为非单数，因为问题的曲线确实具有无限的广义仿射长度，即使它只有有限的总适当的时间（对未来）。 新标准的不仅仅是扫描地毯下方这些示例的困扰方面。 它没有解释为什么我们不应该采取这种原始的令人困惑和令人不安的例子作为物理病理; 它只是通过菲亚特宣称他们不是。
Manchak（2014A）提出了一种条件偶片可能满足，显然是与特征在一起的奇异行为的问题，他称之为“有效完整性”。 这个想法是试图给出可能被认为是路径不完整的准局部表征。[2] Manchak（2014A，第1071页）描述了如下所需的物理意义：“如果空间时间未能有效地完成，那么就有一个自由下降的观察者，他从不记录一些特定的观察读物，但是谁可以在她的任何意义上有'谁附近排除了它。” 这种条件具有在逻辑上中间的令人愉快的性质，即用于时空的测地不完全性的条件，一方面，通常承认太强以捕获奇异行为的一般思想（因为示例在上面讨论的Geroch 1968C中）另一方面，延伸的延伸条件通常被测量到过弱，因为测地完整性暗示了有效的完整性，并且又意味着不整形。 虽然这种新条件似乎有前景作为奇异结构的清晰有用的表征（在路径不完整的意义上），并以一种方式避免了物理不透明度困扰半官方定义的问题，其中一个人想知道，以及其他事情是否可以使用为了证明具有相同物理深度和达到标准奇点定理的新型定理（PenRose 1965,1968; Hawking 1965,1966，1966年，1966年，1966C，1966C; Geroch 1966，1967年，1968b，1970;霍金和彭罗斯1970年），以及它是否可以在第2节中讨论的哲学问题上阐明真正的光线。到目前为止，“洞Freeness”条件无法提供。
那么这一切都在哪里离开我们？ 共识似乎是，虽然在具体例子中，得出结论，各种排序的不完全路径表示奇异结构，但在其术语中没有完全令人满意的，严格的奇异结构定义（Joshi 2014）。 此外，Spacetimes可以在一个重要的意义上表明，术语显然是单数的完全不同的行为，但这与路径不完整性无关（如补充文件：非标准奇点中所讨论的）。 对于哲学家来说，这些问题为那些冥想的人提供了深刻和富裕的静脉，其中包括解释性在确定物理学理论的充分性中的解释性的作用，形而上学和直觉的作用相同，关于存在性质的问题归因于Spacetime的物理实体和时空本身，以及物理系统的数学模型在确定我们对这些系统的理解中的数学模型，而不是仅仅是我们对他们的知识的代表性。 所有这些问题都将在以下内容中触及。
1.2。 边界结构
我们已经看到，如果一个人试图将奇点定义为具有位置的“东西”，以及如何使用不完整路径的想法定义奇异的方式来避免如何避免一些困难的困难。 然而，由于许多原因是期望的，以在一般相对性中具有时空奇异性的表征，如某种意义或其他，即瞬时的“地方”。 如果一个基于Spacetime缺失的点的精确表征奇点，那么可以能够分析“局部地在奇点”的时空结构，而不是采取麻烦，也许是不明显的，沿着不完整的限制路径。 因此，许多对相对论的稗结构的统一结构的讨论是前提的，因为奇点代表了在某种意义上或其他缺少的时刻歧管中缺少的一点或一组点，即在其上有一个“洞”或“泪”我们可以通过将边界附加到它来填写或补丁。
