科学家解读黑洞热力学：一段从彭罗斯到霍金的历史

1969年，英国物理学家罗杰-彭罗斯（Roger Penrose）发现了一个属性，该属性后来在热力学和相隔甚远的黑洞力学之间建立了联系。通过发表在EPJ H上的新分析，巴西圣保罗大学的科学家卡拉·罗德里格斯·阿尔梅达（Carla Rodrigues Almeida）对彭罗斯的动机和方法进行了新的解读，并探讨了他们对斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking）辐射这一开创性发现的历史影响。

在20世纪50年代之前，许多物理学家都不愿意接受黑洞是物理物体的观点，这与公认的热力学定律是一致的。在接下来的20年里，这种情况完全改变了。1969年，彭罗斯首次展示了如何从旋转的黑洞中提取能量。他的理论取决于一个新设想的区域，名为“能层”。

虽然能层位于黑洞的边界之外，但它里面的时空与黑洞一起旋转，就像行星大气中的气体一样。如果一个物质进入该区域，彭罗斯提出，它可能会分裂成两部分：其中一部分可以落入黑洞；而另一部分可以逃逸，同时携带比原始粒子更多的能量。

在接下来的几年里，苏联物理学家亚科夫·泽尔多维奇(Yakov Zel'dovich)通过量子力学的视角探讨了彭罗斯的发现。虽然他的工作受到政治环境的阻碍，但泽尔多维奇与西方物理学家建立了友好的合作关系。最终，通过这些关系产生的理论帮助霍金发现了新的量子效应，该量子效应可以使黑洞辐射损失质量。最后，物理学界确信，黑洞确实能够遵守热力学定律。

在她的研究中，阿尔梅达在这个历史背景下调查了彭罗斯的提议。通过重温原始论文，分析技术细节，以及探索西方和苏联物理学家之间的关系，她揭开了他们所隐藏的历史。文章的推理链为：彭罗斯的提议、热力学和黑洞物理学之间的类比、最终到霍金辐射的提出。

该研究论文题为'The thermodynamics of black holes: from Penrose process to Hawking radiation'，已发表在《欧洲物理学报H》期刊上。

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