看向宇宙中最黑暗的地方

1915年,爱因斯坦创立了广义相对论,指出万有引力的本质是时空弯曲。很快,德国物理学家史瓦西根据该理论,推导出天体的视界半径,即天体能被人类看见的最小半径。后来,科学界称之为史瓦西半径。     

ZPS黑洞的几何结构与热力学性质

本文研究了球对称Zero Pressure Schwarzschild (ZPS)黑洞的时空结构和热力学性质. ZPS黑洞有两个黑洞视界或单一黑洞视界.非极端ZPS黑洞的视界半径依赖参数a的选择,极端ZPS黑洞有与史瓦西黑洞相同的质量和半径.对于存在两个视界的情况,本文给出了ZPS黑洞的几何结构.球对称ZPS时空中流体的能量密度反比于r~3.以ZPS黑洞视界作为边界的系统满足热力学第一定律.在黑洞视界改变的过程中,黑洞能量的增加量包括黑洞质量的增加量和其他形式能量的增加量.在参数a保持不变的情况下,计算了ZPS黑洞外视界和内视界的热容.在a_1a 2范围内(a_1≈1.74), ZPS黑洞外视界的热容取正值.因此, ZPS黑洞的外视界能够处于稳定的热平衡状态.通过考虑非极端ZPS黑洞的左系统和右系统,研究了黑洞热力学第三定律的问题.在ZPS黑洞热力学第三定律的表述中,强调黑洞的左系统满足能斯特定理.     

无限大R—N黑洞视界无限小邻域的时空结构

用极限方法得到无限大Ｒｅｉｓｓｎｅｔ－Ｎｏｒｄｓｔｒｏｍ（Ｒ－Ｎ）黑洞视界无限小领域域的时空重视，并证明这个度规是质量为零的真空Ｃ度规，也就是Ｒｉｎｄｌｅｒ度规。     

球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的能量

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton—Jacobin方程，研究球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的能量，得到了粒子的能量不仅与粒子的质量有关，还与黑洞的时空结构及黑洞视界的变化有关。给出了带电蒸发黑洞发生自发辐射的能量条件。     

静态球对称黑洞引力自旋场的辐出度

利用静态球对称黑洞引力自旋场的统计熵,导出静态球对称黑洞引力自旋场的辐出度,得到了黑洞的辐出度与黑洞视界温度的四次方成正比的结论.发现Stefan—Boltzmann系数不同于平直时空的值,并且在不同时空度规中该系数有不同的值.     

球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的自发辐射

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton—Jacobin方程，研究球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的自发辐射，得到了带电蒸发黑洞发生自发辐射的能量条件．它不仅与粒子的质量有关，还与黑洞的时空结构及视界的变化有关．     

广义球对称带电蒸发黑洞周围时空中标量粒子的能量

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton-Jacobin方程,研究广义球对称带电蒸发黑洞周围时空中标量粒子的能量.得到了粒子的能量不仅与粒子的质量有关,还与黑洞的时空结构及视界的变化率有关.给出了发生自发辐射的能量条件.     

动态球对称黑洞中Dirac粒子的Hawking辐射

在动态球对称黑洞时空中求解狄拉克方程,采用了Tortoise坐标变换将狄拉克方程变成Tortoise坐标下的形式,在视界面附近化成了标准的波动方程,得到在视界面附近狄拉克粒子的Hawking辐射温度,成功地导出了Hawking热谱公式.该谱由黑洞的度规分量g00和g01决定.     

引力塌缩与时空奇异性

天体物理跟宇宙学中的许多现象都与引力塌缩有着密不可分的联系。大质量星在其牛命历程的最后阶段的自引力塌缩是引力理论及黑洞物理领域中重要的基本问题。广义相对论所预言的由于引力塌缩造成的时空奇点有可能被事件视界所包括也有可能被外部的观测者所看到。     

史瓦西度规奇性研究

从时空度规的角度对广义相对论中存在的奇性问题进行了研究,考察了广义相对论中著名的史瓦西(schwarschild)度规中的奇性。这种奇性反映了广义相对论理论上的某种不完善,并不一定是客观世界所固有的,时空度规中有些点处的奇性问题是由于时空坐标选取不当,因此带来了虚假的奇性,只要引入适当的时空变换,即可消除这种奇性。给出了利用3种不同的时空坐标变换来消除广义相对论在r=rs处的奇性的方法,同时对3种不同时空度规下的光子的坐标速度问题进行了讨论。     

黑洞的时空

黑洞为光子都不能逸出的天体。经典黑洞的空间独立于时间,是平直的。认真地研究实际天文观测和施瓦氏黑洞的理论描述表明,黑洞的时空不是弯曲闭合的,它有边界,有外边,有质量中心。     

Vlasov气体在慢转时空中的吸积

考虑了爱因斯坦真空场方程的慢转近似解,该解是一个稳态轴对称度规.当黑洞的旋转参数a较小时,可用该慢转度规精确地描述a的一阶效应.在该慢转时空中自由粒子的总角动量L²是守恒量.在自由粒子运动的基础上,讨论了一类相对论性的无碰撞气体——Vlasov气体在该慢转时空中的吸积.当Vlasov气体满足一定的条件时,证明了其在相空间上的分布可以表示为与位形变量无关的函数.通过分布函数可以定义能流密度、能动张量并计算Vlasov气体在该慢转时空中质量、能量、角动量的吸积率.数值结果表明,能流密度、能动张量等物理量相对与史瓦西时空的偏离量在极角θ方向上近似地呈现正弦分布,并且在赤道面达到最大值,在两个极点,这些物理量和史瓦西时空一致.     

荷磁矩中子星外部的电磁场能量动量张量

利用王永久等人所得到的具有磁矩的球对称质量外部的引力场度规和电磁势的表达式,计算出了球对称质量外部的电磁场量动量张量.数值计算结果和分布曲线表明,时空的弯曲将引起磁偶极子电磁场能量的增加.     

带有电荷与磁荷的球对称动态黑洞的非热效应

利用弯曲时空中标量粒子运动的 Hamilton Jacobin方程,研究带有电荷和磁荷的球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的能量分布.得到了发生自发辐射的能量条件,它不仅依赖于黑洞的质量、电荷和磁荷,还与黑洞视界的变化有关,与视界附近的四维电磁势有关.     

以波检验非奇异静态球对称黑洞的共形不变性

共形不变性可以改善或消除存在于黑洞中的奇点,并且这一-性质可能仍然存在于这些黑洞附近的强引力区域中.本文作者尝试通过研究非奇异静态球对称黑洞对波的吸收和散射来检验这种共形不变性.给出了不同共形参数下黑洞的部分和全吸收截面,以及微分散射截面.由于所研究的时空与史瓦西黑洞背景时空是共形相关的,光子轨迹没有区别,但波动光学却受到共形参数的影响.研究结果表明,波的吸收通常随着共形参数的增加而增加,而黑洞的阴影仍然与史瓦西时空的情况相同.此外,随着共形参数的增加,散射的振荡模式中的峰值向较小的观察角度偏移,而辉光散射下峰值的宽度没有表现出敏感的依赖性.因此,共形引力中,非奇异静态球对称黑洞对波的吸收和散射的独特特征,在低频区可以将其与史瓦西黑洞区分开来,在高频极限及辉光峰的对比中,则可以与其他替代引力的球对称黑洞区分开来.     

球对称带电蒸发黑洞发生自发辐射的能量条件

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton-Jacobin方程，研究球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的能量，得到了粒子的能量不仅与粒子的质量有关，还与黑洞的时空结构及视界的变化有关．给出了带电蒸发黑洞发生自发辐射的能量条件．     

黑洞量子理论的哲学意义

黑洞是爱因斯坦引力理论和时空结构的必然产物,是物理学中的一个奇特概念。1915年爱因斯坦提出广义相对论,为黑洞说的形成奠定了理论基础。其后德国人施瓦茨希尔计算出爱斯坦广义相对论复杂场方程的一个解:对于质量M相当于一个太阳的天体,其半径坍缩到3公里以内时,就会形成黑洞。目前,黑洞已经不仅仅是预言中的纯理论概念了;大多数天文学家和物理学家认为,宇宙中既然存在白矮星、中子星,如     

动态黑洞热辐射规律的研究

利用动态黑洞瞬时辐出度的计算公式，计算广义球对称带电蒸发黑洞和任意加速带电动态黑洞的瞬时辐出度，得到了任一时刻黑洞沿某一方向的瞬时辐出度总是正比于在该方向上黑洞事件视界温度的四次方的结论．导出的广义Stefan—Boltzmann系数不再是一个恒量，而是一个与黑洞视界的变化率、黑洞视界面附近的时空度规及黑洞的吸收与辐射系数有关的动比例系数．揭示了黑洞周围的引力场与其热辐射之间存在着必然的内在联系．     

球面引力波的精确解

场源物体以角速度Ω自转时,拖动外场时空产生运动.在黎曼空间内察看旋转坐标系的线元,即Papapetrou线元,其度规函数不但跟空间坐标(Z、ρ)有关,还跟时间坐标(t)有关.再考虑谐和坐标条件,爱因斯坦场方程Rμυ=0被变形为带有度规函数的新场方程 fgμυfμυ-gμυfμfυ f4ρ-2gμυωμωυ ω-1ρgμυ(f2ρ-1ωμ)υ=0.对时间宗量引进新的变换,球面引力波是新方程的0阶精确解.波函数表示:场源转动物质塌缩后变为旋转黑洞,黑洞视界存在周期性径向脉动,脉动振幅收敛于奇点,最远扩散至黑洞边界r=2 GM/(kc2),小于史瓦西半径;黑洞旋转减慢趋于静止时,0阶球面波解的静场极限跟史瓦西解趋同.     

新的f(R)黑洞（英文）

f(R)引力是一个直接拓展广义相对论的修正引力理论,它的拉格朗日量是一个仅含曲率标量R的任意函数f(R).在F(r)=1+αr的条件下(F(r) ≡df(R(r))/dr和αr是一个对广义相对论小的修正量),导出了度规f(R)引力理论中场方程的精确球对称真空解.此外,考虑了这个黑洞背景时空中的标量场扰动.用六阶WKB(Wentzel-Kramers-Brillouin)方法,讨论了拟正则模和这个黑洞的参数之间的关系,得出这个黑洞是稳定的结论.