数学与物理学院
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张保成

 

基本信息

张保成,男,教授。2005年7月本科毕业于中国地质大学(武汉)。2010年7月于中国科学院武汉物理与数学研究所获得博士学位, 同年留所工作。2012年10月晋升副研究员。2015年6月调入中国地质学(武汉)数学与物理学院担任特任教授。工作期间曾访问英国剑桥大学并开展合作研究。截止目前,主持国家自然科学基金青年基金和面上项目各一项,主持清华大学开放实验室基金一项,曾参与包括国家973,基金委重点,中科院重点等国家级项目10余项。曾获得中国科学院院长奖优秀奖,美国引力论文竞赛第一名等奖项。         

研究方向

量子引力效应、黑洞物理、量子基础

研究领域

过去主要的研究工作集中在黑洞物理学,取得的成果:

1、研究了“黑洞信息丢失之谜”的问题,证明了黑洞隧穿辐射模型中信息不会丢失。霍金1974年发现黑洞辐射,随后发现黑洞热辐射破坏了量子力学幺正性,导致了著名的“黑洞信息丢失之谜”。我们基于黑洞隧穿辐射的模型,2009年证明了黑洞辐射过程中辐射之间不仅存在 关联,而且这些关联能够携带信息,特别是辐射过程中熵守恒说明这个过程是不违背量子力学幺正性的;然后我们以及其他物理学家将我们的结论推广到不同的黑洞,发现均成立;研究了量子引力修正以及空间非对易修正下信息泄露的情况;2013年我们还分析了实验上验证我们结论的可能性。在我们的工作发表之初,英国及加拿大皇家科学院院士W.Israel及其合作者Yun曾撰文[PRD 82, 124036 (2010)]盛赞我们的工作为解决黑洞信息丢失问题迈出一大步;这个工作后来还获得2013年美国引力基金会引力论文竞赛一等奖。

2、研究了三维黑洞热力学,首次为奇异黑洞熵提供了统计解释。在通常的四维时空背景中量子化广义相对论(含物质项)将会遇到不可重整化的无穷大发散的问题,目前难以解决,因此一批理论物理学家将注意力转移到三维引力中。三维广义相对论有两个等效的拉式量,一个给出平常的BTZ黑洞解,另一个给出奇异的BTZ黑洞解,这两类黑洞有一些表面的联系,即可以通过互换黑洞质量和角动量实现这两个解的互换。在这一方面我们建议了广义有质量引力的类Chern-Simons的形式;阐明了平常和奇异黑洞之间的联系和区别,证明了奇异黑洞的热力学,特别是首次为奇异黑洞的非Bekenstein—Hawking熵提供了统计解释;建议了修正的Cardy公式并将其应用到拓扑有质量引力模型中。

3、计算了黑洞内部体积相对应的熵,证明了信息不可能存储在黑洞里面。当物质坍缩形成黑洞后,由于黑洞蒸发,最终 黑洞将会转变成热辐射。那么关于最初物质的信息究竟存储在哪一直是一个困扰理论物理学界的重大问题。一种朴素的想法是信息可能存储在黑洞内部并随着黑洞辐射被携带出去。最近,我们基于Christodoulou和Rovelli计算的黑洞内部体积,计算了与该体积相对应的标量场的热力学熵,发现这样的熵正比于表面积,但是仍然比黑洞熵小很多,暗示着内部没有足够的自由度存储信息,但是这样的熵导致的热力学竟然和黑洞视界附近真空极化导致的热力学一致,这为 黑洞视界附近的量子真空极化提供了相应的热力学解释。

我们目前的研究除了黑洞物理相关问题外,还集中在研究使用超越标准量子极限的物理体系观测和测量量子引力效应的可行性。在后一方面,我们研究的理论主要基于“标准模型延伸(Standard Model Extension-SME)”的理论,研究的效应主要包括洛伦兹不变性违反的相关效应(例如,空间非对易、扩散关系的修正、引力退相干、等效原理违反等)。

发表论文*表示通讯作者

1. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, and Mingsheng Zhan, “Hawking radiation as tunneling derived from Black Hole Thermodynamics through the quantum horizon”, Phys. Lett. B 665, 260 (2008).          
2. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, and Mingsheng Zhan, “The temperature in Hawking radiation as tunneling”, Phys. Lett. B 671, 310 (2009).        
3. Baocheng Zhang, Qing-yu Cai*, Li You and Mingsheng Zhan, “Hidden Messenger Revealed in Hawking Radiation: a Resolution to the Paradox of Black Hole Information Loss”, Phys. Lett. B 675, 98 (2009).        
4. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, and Mingsheng Zhan, “Thermodynamics Inducing Massive Particles’ Tunneling and Cosmic Censorship”,Eur. Phys. J C, 68, 561 (2010).        
5. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, Mingsheng Zhan, and Li You, “An interpretation for the entropy of a black hole”,Gen. Relativ. Gravit., 43, 797 (2011).    
6. Baocheng Zhang, Qing-yu Cai*, Mingsheng Zhan, and Li You, “Entropy is conserved in Hawking radiation as tunneling: A revisit of the black hole information loss paradox”,Annals of Physics 326, 350 (2011).    
7. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, Mingsheng Zhan, and Li You, “Noncommutative information is revealed from Hawking radiation as tunneling”,EPL 94, 20002 (2011).              
8. Dongfeng Gao*, Peng Ju, Baocheng Zhang, and Mingsheng Zhan,“Gravitational-wave detection with matter-wave interferometers based on standing light wave”,Gen. Relativ. Gravit., 43, 2027 (2011).  
9. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, and Mingsheng Zhan, “Transition of Schwarzschild-de Sitter space to de Sitter space through tunneling”,Chin. Phys. Lett. 29, 020401 (2012).    
10. O. Hohm*, A. Routh*, P. K. Townsend*, and Baocheng Zhang*, (作者按姓氏首字母排序)
“On the Hamiltonian form of 3D massive gravity”, Phys. Rev. D 86, 084035, (2012).      
11. Baocheng Zhang, Qing-yu Cai*, Mingsheng Zhan, and Li You*, “Towards experimentally testing the paradox of black hole information loss”, Phys. Rev. D 87, 044006, (2013);Erratum PRD 88, 049901 (2013).  
12. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, and Mingsheng Zhan, “Transfer of gravitational information through quantum channel”, Eur. Phys. J D 67 184 (2013).            
13. P. K. Townsend* and Baocheng Zhang*, (作者按照姓氏首字母排序) “Thermodynamics of “exotic” BTZ black holes ”, Phys. Rev. Lett. 110, 241302 (2013).        
14. Baocheng Zhang, Qing-yu Cai*, Mingsheng Zhan, and Li You,“Information conservation is fundamental: recovering the lost information in Hawking radiation”, IJMPD 22, 1341014 (2013).      
15. Baocheng Zhang*, “Statistical entropy of BTZ black hole in topologically massive gravity”, Phys. Rev. D 88, 124017 (2013).      
16. Qing-yu Cai*, Baocheng Zhang, Mingsheng Zhan, and Li You*, “Comment on ‘what the information loss is not’”, The Hadronic Journal, volume 37, number 1 (2014).
17. Baocheng Zhang*, Qing-yu Cai, Mingsheng Zhan, and Li You, “Correlation, entropy, and information transfer in black hole radiation”, Invited review at Chin. Sci. Bull. 59, 1057 (2014).  
18. Biao Tang, Baocheng Zhang*, Lin Zhou, Jin Wang, and Ming-sheng Zhan, “Sensitivity function analysis of gravitational wave detection with single-laser and large-momentum-transfer atomic sensors”, Res. Astron. Astrophys. 15, 333 (2015).  
19. Biao Tang, Baocheng Zhang*, Lin Zhou, Jin Wang, and Ming-sheng Zhan, “Influence of separating distance between atomic sensors for gravitational wave detection”, Eur. Phys. J D 69, 233 (2015).
20. Baocheng Zhang*, “Entropy in the interior of a black hole and thermodynamics”, Phys. Rev. D. 92, 081501(R) (2015).
21. Baocheng Zhang*, “The mass formula for an exotic BTZ black hole”, Annals of Physics 367, 280 (2016).
22. 张保成、詹明生,“广义相对论中的等效原理的实验检验”,《10000个科学难题•物理学卷》,192页,2009年,科学出版社
23. 张保成、蔡庆宇,“黑洞辐射信息丢失之谜”,《科学》,第62卷第5期,26,2010年
24. 张保成、蔡庆宇、詹明生*,“原子分子体系的引力效应”,《中国科学G》,第44卷,第9期,879,2014年

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