黑洞及其研究简况

 1939年美国科学家奥本海默和佘德尔从广义相对论出发提出具体黑洞的概念,从而翻开了人类对天体研究的新的一页。短短几十年,黑洞一直成为天体物理学家研究和讨论的热点,形成了黑洞物理学。一、经典黑洞从1915年爱因斯坦广义相对论的建立而预言黑洞存在,许多科学家对其展开了研究,并认为它是由天体坍缩形成的超致密的区域(包括光在内的任何物质都不能从该区域逃逸)。根据黑洞的不同特性将黑洞分成各种不同类型。根据质量不同将其分为小型黑洞、中型黑洞、巨大黑洞。所谓巨大黑洞是指质量超过太阳质量的100万倍以上的黑洞,它在黑洞的研究中占有重要的地位,一度认为黑洞事件视界直径与黑洞质量成正比。     

黑洞

 自从宇宙原初火球发生大爆作以来,两百亿年过去了,宇宙间的万事万物,都在不停地发生着变化.而唯一不变的,就是时空的拓扑结构.在我们的时空拓扑的框架之内,大质量星体演化的最终产物之一,就是黑洞的形成.现代广义相对论理论预言,黑洞将大量地存在于我们的宇宙之中.所以,我们说黑洞不仅是天体物理学家的研究对象,而且是一些科幻小说家的热门话题.     

今日国外物理

 1 美学者宣称黑洞存在可望得到证实据合众国际社报道,美国天文学学会在一次会议上公布了哈勃太空望远镜拍摄的壮观照片,证实在一个遥望星系的中心处,有一个巨大黑洞正把星体吸进去,喷发出由辐射与热气组成的湍流.在这幅哈勃照片上还发现:在M-87星系中心有一个星体凝聚和象点那样的亮光源,距地球5200万光年;若其速度符合理论预测,那将最终证明黑洞的存在.     

Reissner-Nordstrom黑洞中带电粒子由隧穿导致的Hawking辐射的进一步讨论

以Reissner-Nordstrom黑洞(R-N黑洞)为例，从黑洞热力学定律出发，对R-N黑洞中的带电粒子的量子隧穿效应进行了重新分析.将作用量的虚部重写成黑洞热力学定律的形式后，发现在Parikh工作框架下的量子隧穿效应与黑洞热力学的第一、第二定律有潜在的联系；而且，如果认为量子隧穿过程为可逆过程，则量子隧穿效应中的结果与黑洞热力学第一、第二定律是一致的.换而言之，Parikh的结论只对可逆过程成立. 关键词： Reissner-Nordstrom黑洞 黑洞热力学定律 隧穿 可逆过程     

黑洞面面观

 黑洞是目前物理学和天文学研究的一个热点。黑洞性质涉及到物理学的基本规律和时空属性,现有的发现暗示人们:热力学与时空性质之间可能存在着深刻的内在联系,对黑洞理论的进一步探索有可能导致物理学的另一场革命。因此自20世纪60年代以来,黑洞研究吸引了越来越多的爱好者的注意。特别是自1973年霍金发现黑洞存在热辐射之后,黑洞理论已发展为一个包括量子论、相对论、统计物理、天体物理和微分几何在内的多学科理论,黑洞研究已成为多学科的交叉点。黑洞的形成黑洞是如何形成的呢?我们知道:通常的恒星是靠万有引力的吸引效应将物质聚集在一起。     

推荐新书<黑洞的热性质与时空奇异性--零曲面附近的量子效应>

提起黑洞大家都觉得高深莫测,又觉得这是天文工作者所关心的事.其实,黑洞不应看作一般的星体,黑洞问题也不单纯是天文问题.黑洞性质涉及到物理学的基本规律和时空属性.现有的发现暗示人们,热力学与时空性质之间可能存在着深刻的内在联系.对黑洞理论的进一步探索,有可能导致物理学的另一场革命.     

不可思议的脉冲星

在浩瀚的宇宙中,存在着许许多多的不同种类的星体,在这些星体中,有我们熟悉的绿色家园行星——地球,能量之母的恒星——太阳,以及拖着长长尾巴的彗星等等。但是在众多的星体中,有些星体并不为人们所熟悉,这里就有诸如白矮星、红巨星、超新星、脉冲星和黑洞等等,这些不为人熟悉的星体中,它们都有着与平常星体许多不同寻常的地方,有些方面是我们常人无法想象的,在这众多的不同寻常的星体中,有一种星体它不仅在宇宙学的发展中具有划时代的意义,     

静态球对称黑洞热力学与爱因斯坦场方程

建立在广义相对论基础上的黑洞理论与热力学定律之间有着深刻的内在联系.具体考虑球对称黑洞,研究表明通过史瓦西黑洞和Reissner-Nordstrom黑洞在其视界附近的爱因斯坦场方程可以直接得到对应的黑洞热力学第一定律.这揭示了爱因斯坦引力场方程与黑洞热力学的关系,表明了在广义相对论理论框架下黑洞热力学规律的必然性.     

Kerr黑洞的量子面积谱及微黑洞的最小质量

Kerr黑洞仅含有两个参量M和J.把M和J视为广义坐标,并将M,J和它们的共轭量构成四维相空 间，通过规范变换得到了Kerr黑洞的量子面积谱.由此给出了Schwarzschild黑洞的 最小质量. 关键词： 黑洞 量子面积谱 共轭 规范变换     

如何在两个黑洞间建造热机：从2023年CPhO决赛题说起

2023年全国中学生物理竞赛决赛理论第五题涉及黑洞热力学.本文在介绍黑洞热力学基本背景的基础上,结合笔者的研究经验,分析黑洞间热力学循环的特征,最后概述与此相关的有限系统热力学与统计物理领域的部分前沿问题的研究进展.     

环面黑洞的热力学函数

本文把宇宙学常数看成与压强相当的动力学变量,研究了环面黑洞的热力学函数.计算得到环面黑洞的状态方程,环面黑洞的Smarr关系.然后通过计算其欧氏作用量得到了吉布斯函数,并进一步求得环面黑洞的自由能、内能和热力学焓,以及环面黑洞的定压热容和定容热容.结果表明:环面黑洞没有范德瓦耳斯型的相变.环面黑洞的定压热容大于零,定容热容等于零,故是一个稳定的热力学系统.     

推荐一本好书——《黑洞与弯曲的时空》

爱因斯坦创立的广义相对论预言和描述了一朵至今尚未发现的灿烂鲜花———黑洞 黑洞起初被视为恒星演化的最终归宿 ,后来才发现它有着复杂的结构和丰富的内涵 它不仅有一般的力学性质 ,而且有量子性质和热性质 黑洞不是星体的演示终结 ,而是天体演化的一个中间阶段 ,它有着充沛的生命力 黑洞有温度、有热辐射 ,它的表面积正比于黑洞熵 黑洞具有负的热容量 ,发出热辐射后自身温度不仅不降低 ,反而会升高 ,因此小黑洞会发生大爆炸 研究表明 ,黑洞还有可能是通向其它宇宙的虫洞的入口 著名科学家彭若斯和霍金在发展黑洞理论的同时 ,还证…     

Kiselev黑洞的热力学性质和物质吸积特性

本文考虑带有黑洞视界和宇宙视界的Kiselev时空.研究以黑洞视界和宇宙视界为边界的系统的热力学性质.统一地给出了两个系统的热力学第一定律;在黑洞视界半径远小于宇宙视界半径的情况下,近似地计算了通过宇宙视界和黑洞视界的热能.然后,探讨Kiselev时空的物质吸积特性.在吸积能量密度正比于背景能量密度的条件下给出黑洞的吸积率,讨论了黑洞吸积率与暗能量态方程参数的关系.     

《相对论、宇宙与时空》连载⑧——相对论预言的天体(黑洞)(下)

5 黑洞热力学 人们认为激发态的黑洞具有生命力,而基态的黑洞则是一颗死亡的星,是恒星演化的最后归宿.基态的史瓦西黑洞除去能不断吞食物质外,不会再有任何物理过程.然而,这个认识很快就被推翻了,基态的黑洞,实际上也是一颗充满生命力的活跃的星.我们先看一下黑洞的"无毛定理"和"面积定理"[3-14].     

满足热力学第三定律的修正的黑洞的熵公式

认为黑洞的熵正比于视界面积的熵公式S=A/4不能满足热力学第三定律,提出了新的熵公式,它既能满足热力学第三定律,又能推出黑洞的温度的表达式. 关键词： 黑洞 熵 热力学第三定律     

经典黑洞与现代黑洞视界都是2GM/c~2吗

所谓黑洞并不是引力场缩后形成的超高密度天体，而是指塌缩天体所缩入的半径为Ｒｇ的特殊的空间区域──包括光在内的任何物体或信号都不能脱离的区域．黑洞的界面叫视界，视界标志一个质量为Ｍ地塌缩天体为外界“看”见，所需占据的区域的最小值． 黑洞的概念，最早是由拉普拉斯的讨论引出的．拉普拉斯由逃逸公式，令ｖ＝光速ｃ．则得视界Ｒ为而自广义相对论提出以后，人们得到了质量为球对称分布，静止不转动，不带电荷的施瓦西黑洞的视界为于是发现施瓦西黑洞的视界与拉普拉斯黑洞的视界竟然一致． 以上是现行教科书，文章中常见的论述（…     

极端黑洞的熵和拓扑

文章作者提出,自然界中存在两种拓扑性质完全不同的极端黑,一种是Hawking提出的具体有极端拓扑的极端黑洞,它的熵是零;另一种极端黑洞保留了非极端黑洞的拓扑,它的熵仍然可用Bekenstein-Hawking公式描述,文章的结论解决了近年来极端黑洞研究中Hawking学派和弦理论家之间的矛盾,解决了Hawking党派观点和黑洞相变理论的矛盾。     

对动态缓变Reissner-Nordstroem黑洞量子辐射特征的研究

考虑到Reissner-Nordstroem黑洞的质量M和荷电量Q随时间t缓慢变化的情况，研究了此黑洞的量子辐射特征．结果表明，在动态缓变Reissner-Nordstroem时空中荷电Dirac粒子的量子热辐射谱与其黑洞蒸发率及随时间t缓变的M(t)和Q(t)等因素有关；动态缓变Reissner-Nordstroem黑洞量子非热辐射的最大能量与量子热辐射谱中的化学势相等．     

黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来

一、黑洞 现在已有越来越多的证据证实黑洞的存在,那么黑洞是怎么产生的呢？一是宇宙形成时就产生了一些黑洞,再就是恒星的坍缩产物中有一种是黑洞．大恒星的坍缩产物就是黑洞．现在间接观测和推断的结论是：不仅各大星系中都有黑洞,而且在某些星系中心也都有一个大黑洞． 二、暗物质 所谓暗物质就是不能用光学方法直接探测到的物质．理论上认为,暗物质本身既不发光,又不与光发生作用（比如,它不反射光）,只存在万有引力．按现有的天体物理理论计算暗物质占整个宇宙质量的９０％．而我们能观测到的各星系质量仅占整个宇宙质量的１０…     

非对易时空下Gibbons-Maeda dilaton黑洞和Garfinkle-Horowitz-Strominger dilaton黑洞的热力学性质

以Gibbons-Maeda dilaton黑洞和Garfinkle-Horowitz-Strominger dilaton黑洞为例，研究空间的非对易性对黑洞热力学性质的影响.通过对比对易时空中Gibbons-Maeda dilaton黑洞和非对易时空中Garfinkle-Horowitz-Strominger dilaton黑洞的温度，得出如下结论：从对黑洞热力学性质产生影响这一角度来说，时空的非对易性和黑洞的荷(电荷或磁荷)有相似的作用.