活动回顾丨物理学月开幕式暨黑洞科普讲座

啊哈

2023年11月7日，物理学月开幕式暨“奥本海默之眼”科普讲座为物理学月拉开序幕。

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系主任周磊老师致辞

——“我一时有点恍惚啊？是不是又上电动力学了，底下有好多熟悉的面孔。”

活动开始，物理学系系主任周磊老师为物理学月开幕式致辞。他强调了物理学月系列活动和本科生发展的密切关系，并简单介绍了相辉研究院未来的发展。他说到：

“我们这样一个品牌活动（物理学月），能坚持十年、二十年经久不衰，说明这件活动是值得我们坚持下去的。我们发现在全部学生中，本科生对于复旦的归属感是最强的。对于本科生们，你们刚来到复旦大学，就像一张白纸。多年之后，你们就会感到你们在复旦带走的唯一的一种东西，就是复旦物理学系带给你们的精神、在你们的白纸上打下的烙印。希望你们能享受这难得的时光，能够与这样多的大师一起共度的时光。在这个时代，更重要的是为你真正喜欢的东西花时间，不被周围的事情所诱惑，希望大家享受物理学月的活动、这个物理学系的节日。”



2

学生会执行主席邹伽欣介绍物理学月

“当一束光射入显微镜

微观世界便有了形状

人类第一次将目光投向细胞尺度”

“当扫描显微镜探针与原子产生共鸣

原子尺度的图像便被绘制

我们直观地看到了原子的排布”

“当一束阿秒激光入射

我们第一次为电子的运动按下快门

真切地感知到电子的运动”

……

邹伽欣同学用生动的文字将我们的思维带入“感知”——本次物理学月的主题中。无论是从细胞到原子再到电子，还是从伽利略望远镜到射电望远镜，再到中微子探测器，物理学家们不断改进感知世界的手段和方法，开辟感知世界的新视野。物理学系学生会筹划、举办一系列活动，希望为全校师生带来对物理世界的全新感知。



3

特邀嘉宾周洋老师介绍黑洞简史与理论

"Page curve"

"supermassive"

"stellar"

"atom size"

什么是黑洞？

有一个时空区域引力足够强

以致于任何东西无法逃脱

它们都是怎么来的？

宇宙之初，星体坍缩，每个

星系都有黑洞，这是天文学

观测的一个结论

⬆️ 点击问题展现周洋老师的回答

想了解继续黑洞吗？让我们一起回顾周洋老师的讲述吧！

对黑洞存在性的讲述：

“首先，这个世界上黑洞真实存在”

“人类在2019年获得了第一张黑洞照片，

2021年更新了新的图片”

“通过理论计算，银河系中心有一个黑洞”

“图片和证据告诉我们：

黑洞就在这里、能被我们感知到，

并不是数学家在想象之中创造出来的。”



周洋老师随后展示了绚烂的黑洞模拟图片和视频，并与真实图片进行对比，充分验证了黑洞的存在。

接着，他回顾了人类感知黑洞的历史。

人类感知黑洞的历史：

(1) 牛顿引力理论的时代

John Michell与Laplace最早提出了暗星的概念。这一想法在当时科学界仍在讨论光的本性是粒子还是波的时代有明显的进步意义。Maxswell写下了他的方程后，普遍认为波更接近光的本性。

(2)广义相对论的时代

1915年，广义相对论发表，建立了广泛的引力理论。

“Gravity is the bending of space and time and can influence light’s motion”

在1916年，对于爱因斯坦的广义相对论，Schwarzchild给出了数学上的解，但物理上的图像是什么样的，暂时不得而知。

1939年，Oppenheimer-Snyder模型预测了黑洞的存在。

“中子星只能在一定质量范围内存在，超过了一定质量一定塌缩为黑洞”——这被后世人称为奥本海默极限。

与此同时，广义相对论的提出者——爱因斯坦认为在他的理论下黑洞不可能存在，但奥本海默仍然认为黑洞存在。

其后，Penrose使用严格的数学语言证明了黑洞更广泛地存在，获得了2020年的诺贝尔奖，历史证明——奥本海默是对的。



黑洞与信息：

讲座的最后部分，周洋老师介绍了有关黑洞的信息、黑洞的演化的知识，同时向同学们介绍了有关黑洞的悖论：

“information is lost，

paradox already shows up.”

悖论：纯态下坍缩为黑洞，没有外界影响的情况下，黑洞会蒸发（一个纯态到另外一个非纯态，违反了量子力学的幺正性）——这个过程中存在信息的丢失。

最后，周洋老师进一步介绍了以下概念，并向同学们简要阐述了领域的最新进展：

Fine grained：精细熵、冯诺伊曼熵

Coarse grained：粗粒、热力学熵

Information paradox：信息悖论

Page curve：佩奇曲线（对黑洞熵的描述）

演讲结束，周洋老师向同学们介绍了黑洞研究领域仍存在的问题：

霍金辐射的密度矩阵是什么？

信息又怎么从黑洞中逃离？

随着黑洞这一充满未知与魅力的现象

逐渐为我们所知，

第十八届物理学月拉开帷幕。

接下来的物理学月活动也想必精彩纷呈，

我们不妨拭目以待！

文案 | 张君童

排版 | 石子睿

审核 | 柳珏玺 邹伽欣 陈敬徐

爱复旦，爱物理

微信公众号 | 格物明理

复旦大学物理学系