量子史瓦茨黑洞和暗物质

引入Sommerfeld作用量量子化条件来处理Schwarzschild黑洞的量子化问题. 发现此类量子化黑洞存在一个质量为m_G=123m_p的基态，处于基态的量子Schwarzschild黑洞不再存在Hawking蒸发和任何其他辐射，可名之曰暗星. 它的存在不仅可以解决信息丢失的疑难，而且极可能是构成暗物质的主要候选者. 关键词： 量子史瓦茨黑洞 暗物质     

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     

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.     

《相对论、宇宙与时空》连载⑦——相对论预言的天体(黑洞)(上)

地球上真有一个叫"黑洞"的地方,在印度的加尔各答.那是一栋建筑内的一间石砌的囚室,英国殖民者用来关押犯人,通常可以关押3～4人.1757年围绕这栋建筑发生了一场可怕的战斗.武装的印度民众与英军进行了血战.战斗结束后,死伤惨重的胜利者愤怒地把146名战败者塞进了这间囚室,关押了10个小时.第二天早晨,只有23名俘虏从"黑洞"中活着出来[1,2].     

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.     

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.     

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。     

缓变动态Kerr-Newman黑洞的量子热力学性质

引入局域热平衡概念，用Damour-Ruffini方法和薄膜模型研究了缓变动态Kerr-Newman黑洞的Hawking辐射和熵.得到了黑洞的Hawking温度和辐射谱公式，Hawking温度随时间和视界面上的位置而变化，辐射谱为准黑体谱；计算了黑洞熵，当取与静态球对称黑洞情况相同的截断关系时便得到了黑洞的Bekenstein-Hawking熵.结果表明，缓变动态黑洞的温度是局域量，缓变动态黑洞的熵与稳态黑洞情况一样正比于黑洞视界面面积. 关键词： 缓变动态黑洞 Hawking辐射 黑洞熵     

包围有暗能量黑洞的Hawking辐射修正

运用由Banerjee和Majhi所发展的非半经典近似的Hamiliton-Jacobi方法,计算了被暗能量包围的黑洞温度和熵,得到了修正后的温度和熵.在修正后的熵中,面积定理包含面积对数修正和面积幂的倒数。     

能斯特定理与黑洞的普朗克绝对熵

考虑Kerr黑洞内视界处的热性质后,给出了Bekenstein-Smarr公式的新形式,重新定义了黑洞熵.黑洞温度趋于绝对零度时,新定义的黑洞熵一定趋于零.它满足能斯特定理,可视为黑洞的普朗克绝对熵. 关键词：     

黑洞热力学、引力的全息性及时空呈展性

 黑洞热力学揭示引力具有全息性质。这是过去十几年中人们对引力本质认识的重要进展。本文将介绍黑洞热力学,引力的全息性质及其在强耦合系统中的应用,以及热力学和时空动力学关系等方面在近些年的一些研究进展。     

Sen黑洞熵与能斯特定理

避开求解黑洞背景下波动方程的困难,应用量子统计方法,直接求解轴对称Sen黑洞背景下Bose场和Fermi场的配分函数.然后利用改进的 brick-wall 方法-膜模型,计算黑洞背景下Bose场和Fermi场的熵.得到黑洞熵不但与黑洞的外视界面积有关，而且也是内视界面积的函数.在所得结论中不存在对数发散项与舍去项,也不存在黑洞视界外标量场或Dirac场为什么是黑洞熵疑难,并且给出粒子的自旋简并度对黑洞熵的影响. 当黑洞的辐射温度趋于绝对零度时,由黑洞内外视界面积决定的黑洞熵也趋于零,它满足能斯特定理,可视 关键词： 膜模型 黑洞熵 能斯特定理     

声学黑洞简介

介绍了一种引力黑洞的类比模型———声黑洞.从几何声学和物理声学两方面对其类比原理进行了分析,介绍了声黑洞的定义及其结构参数.回顾了在声黑洞的研究历程中所取得的重要进展,分析指出声黑洞的研究目前存在的理论和实验上的困难,并对未来的研究进行了展望.     

辐射在黑洞视界附近的性质与热力学第二定律

考虑把一个装满某种内能为E,熵为S的物质的盒子缓慢地向黑洞降落,Bekenstein认为热力学第二定律成立的必要条件为S/E≤2πR(R为盒子的有效半径),而Unruh和Wald认为Hawking辐射的存在保证了广义热力学第二定律的成立,无需条件S/E≤2πR。我们指出:Hawking辐射和S/E≤2πR都无法保证热力学第二定律的成立。我们根据充分的理由提出:引力场会影响物质的态方程。当盒子中装的为辐射时,我们得出了辐射在视界附近时的态方程,它和平直时空的辐射的态方程很不一样。只要将方程中的某个参量加上适当的限制,即可保证热力学第二定律的成立。 关键词：     

黑洞温度的奇异特性—量子温度

从经典理论看来，黑洞温度只能是绝对零度．只有考虑了黑洞的量子效应之后，黑洞才具有以视界引力加速度所标志的确定温度值．本文讨论了黑洞温度的这一奇异特性．     

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.     

Kim黑洞熵与能斯特定理

从Kim时空背景下的Klein-Gordon方程出发,利用brick-wall方法计算标量场的自由能和熵.得到标量场的熵不仅与黑洞的外视界面积有关,而且也是内视界面积的函数.所得结论,当取某种近似时,可得到熵只与外视界面积成正比的关系.并且表明,用内外视界位置参量表达的熵,在黑洞辐射温度趋于绝对零度时,黑洞的熵也趋于零,它满足能斯特定理,可视为黑洞的普朗克绝对熵 关键词： brick-wall方法 黑洞熵 能斯特定理     

Reissner-Nordstrom几何中标量场的统计熵与能斯特定理

从Reissner-Nordstrom时空背景下的Klein-Gordon方程出发,利用改进的brick-wall方法膜模型,计算黑洞背景下标量场的自由能和熵.得到标量场的熵是由两部分组成的,根据熵是广延量的性质,得到黑洞熵是由两个子热力学系统贡献的.在此基础上给出了新的Bekenstein-Smarr公式.结果表明,用两个子热力学系统表达的熵,当黑洞的辐射温度趋于绝对零度时,黑洞的熵也趋于零,它满足能斯特定理,可视为黑洞的普朗克绝对熵. 关键词： brick-wall方法 膜模型 黑洞熵 能斯特定理     

静态 dilaton 黑洞中带电磁荷粒子的隧穿效应

利用Parikh 和 Wilczek的隧穿模型,在Gibbons-Maeda dilaton 黑洞时空中,通过计算带有电荷和磁荷的粒子在事件视界上的隧穿概率,研究了该黑洞的Hawking辐射.在粒子的隧穿过程中,强调了时空的能量守恒和电磁荷守恒,考虑了隧穿粒子对背景时空的反作用.计算表明,在Gibbons-Maeda dilaton 黑洞时空中,带电磁荷的粒子通过事件视界的隧穿概率取决于粒子出射前后黑洞熵的变化.这表示,黑洞辐射过程中可以满足信息守恒和量子理论的幺正性. 关键词： 黑洞 霍金辐射 量子理论     

时间之箭知几许?

 四、黑洞的时间之箭1972年,著名物理学家惠勒(J．A．Wheeler)和他的研究生贝肯斯坦(J．D．Bekenstein,现任以色列纳吉夫大学教授)一起,提出一个关于黑洞的关键性见解,即当星体发生引力坍缩形成黑洞或外物落入已经形成的黑洞时,星体物质或外物部将毫无例外.