引力无穷的神秘黑洞

 “黑洞”是２０世纪最具神奇色彩的术语之一。形象而又多少带有恐怖色彩的字眼使人联想到了将要吞噬一切的巨兽之口。虽然黑洞最初仅仅是一种纯理论推理演绎的数学模型,但随着在宇宙观测中逐步得到证实,使人不得不承认黑洞的真实性。无论人类对黑洞的研究探索最终发展到何种地步,但至今为止,黑洞研究已极大地丰富了２０世纪物理学内容。经典的“黑洞”概念源于１７８３年,最初是英国的约翰·米歇尔（Ｊ．Ｍｉｃｈｅｌｌ）按照牛顿力学定律导出的一种极限模型。     

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     

Gibbons-Maeda dilaton黑洞的全息熵

依据全息原理,通过计算Gibbons-Maeda dilaton黑洞事件视界上量子场的统计熵,得到了该黑洞的全息熵和Bekenstein-Hawking熵.计算中利用非对易量子场论,克服了普通量子场论中态密度在视界上的发散困难,避免了黑洞熵热气体方法中紫外截断的引入.用留数定理克服了计算中的积分困难,所得的结果定量成立.研究表明,黑洞熵可以视为其视界上量子场的熵;通过计算视界上量子态的统计熵可以得到黑洞熵,计算中可以且应该避免视界外量子态的影响. 关键词： 黑洞熵 全息原理 事件视界 非对易量子场论     

用圈量子引力解除Schwarichild-de Sitter黑洞的时空奇点

通过引入圈量子引力中holonomy基本变量的类比变量和采用相应的量子化方法,对Schwarichild-de Sitter黑洞中心附近的引力场进行量子化.分析和计算了黑洞中心附近的1r和曲率标量的谱分布,得到了它们均存在有限上界的结果.通过求解经典时空奇点r=0附近的量子哈密顿约束方程,给出了黑洞波函数在黑洞中心附近的时间演化行为,得到了该波函数可以通过经典奇点进行量子演化的结果.     

在类比系统中研究引力和黑洞的性质

引力和量子力学的融合是理解时空起源和引力本质的重要问题,也是一个长期悬而未决的基础物理学根本问题。理论物理学家们对此提出了诸多理论猜想,也做出了许多预言。然而一些相关的预言涉及的效应极其微弱,因此难以通过实验观测加以证实。通过类比引力系统,人们可以将这些引力效应转化为实验室可测可控系统的一些效应。对这些类比系统的研究一方面可以帮助人们更深入地理解引力的性质本身,另一方面也可以为其他相关领域的研究提供启发和新的思路。文章将以几个具体的类比系统为例简要介绍类比引力研究的历史和最近的一些研究进展。     

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     

《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].     

引力彩虹时空中Kerr黑洞的熵谱和面积谱

利用黑洞的绝热不变性,研究了引力彩虹时空中Kerr黑洞的熵谱和面积谱.首先,在引力彩虹时空背景下,计算了Kerr黑洞的绝热不变作用量,并将其与玻尔-索末菲量子化条件相结合,给出了黑洞的熵谱.得到的熵谱没有引力彩虹时空本身具有的粒子能量依赖性,且是与经典Kerr黑洞中原始贝肯斯坦熵谱相同的等间距熵谱.然后,根据黑洞热力学第一定律和黑洞熵谱,给出了与原始贝肯斯坦谱不同的面积谱.该面积谱是非等间距的,而且有对黑洞面积的依赖性,但不依赖于探测粒子的能量.面积谱表明,随着黑洞面积的减少,面积间隔逐步变小;当黑洞达到普朗克尺度时,面积量子可降为零.这表示黑洞面积不再减少,黑洞出现辐射剩余.而在忽略色散关系的修正效应或在大黑洞极限下,面积谱的修正项可以忽略,引力彩虹Kerr黑洞面积谱可以回归到原始贝肯斯坦谱.此外,对引力彩虹时空Kerr黑洞的熵进行了讨论,得到了带有面积倒数修正项的黑洞熵,分析了黑洞熵的量子修正与面积谱量子修正的一致性.     

简论热力学熵、信息熵及熵的泛化

 热力学熵 熵是克劳修斯于1865年定义并命名的一个热力学系统的状态函数,它严格应用于系统的热运动,故又称“热力学熵”。     

《相对论、宇宙与时空》连载(12)——时空隧道与奇性疑难

1 连接宇宙的虫洞--时空隧道 相对论和量子论告诉我们,原始的宇宙诞生于虚无飘渺之中.在最初的10-43s之内,宇宙处于一片混乱的"混沌"状态,分不清上和下、左和右、先和后,或者说分不清时间和空间.宇宙就像一锅沸腾的稀粥,充满了时空泡沫[1-4].     

LJ模型的热力学特性、相平衡及用于真实分子的研究

结合描述硬球固体Helmholtz自由能的自由体积方法与描述硬球固体径向分布函数的拟合的分析表达式与一阶热力学摄动理论,用于描述Lennard Jones(LJ)固体的Helmholtz自由能.按照一个修正的WCA方法将LJ势分为短程排斥部分与长程吸引部分,将文献中一个用于求取液相的等价的硬球直径的简单的迭代法扩展到固相,用于求取固相的等价的硬球直径.在固体Helmholtz自由能的计算中,使用200壳层,以便获得精确的结果.体相LJ液体的热力学特性由一个最近提出的状态方程求取.该方法很好地描述了LJ固体的过量Helmholtz自由能与状态方程,满意地描述了Lennard Jones模型的相平衡;通过选取合适的LJ势参数,能很好地描述了真实分子的融化曲线.     

Pb-Sn合金及Pb的热力学性质的第一性原理计算

本文基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论(DFPT)方法,利用虚晶近似的计算方法研究了Pb-Sn合金的晶格结构、电子能带、声子能带及热力学性质,并用晶格能量差可与达到熔化温度时的振动能量相当的固-液相变机理研究了熔化温度,同时与所计算Pb的所有结果进行了对比.     

《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].     

高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.