声学黑洞轻质超结构的低频宽带高效隔声机理及实验研究

针对低频声波在传播过程中穿透力强、难衰减这一问题,研究了一种新型声学黑洞超结构,结合了声学黑洞和声学超结构的优点,通过改变曲面形状实现了低频宽带高效隔声。在一块10 mm厚薄板上,以阵列形式嵌入多个声学黑洞单元,完成声学黑洞既轻且薄的超结构设计。将设计好的声学黑洞超结构用3D打印技术制作出来,通过驻波管实验对声学黑洞超结构隔声特性进行验证。分析实验数据得到,声学黑洞超结构在50～1 600 Hz的频带上平均隔声量可以达到将近30 dB,并且在100～600 Hz频段内平均隔声量高达40 dB。研究了当声学黑洞单元几何形状幂函数的幂指数发生变化时,声学黑洞超结构隔声量的变化。因为设计好的声学黑洞超结构对加工工艺要求较高,在实际的工程应用中并不方便,所以最后还设计了一款方便实际工程应用的声学黑洞超结构,进行了实验验证,并分析了参数变化时对此结构隔声量的影响。研究的声学黑洞轻质超结构在航天航空、汽车、舰船等需要小尺寸结构实现低频大宽带降噪情况下有潜在的应用前景。     

静态球对称Dilaton-Maxwell黑洞的辐射能通量及辐射功率

利用黑洞的薄膜模型,研究了静态球对称Dilaton-Maxwell黑洞的热辐射规律。得到了黑洞的辐射能通量正比于黑洞视界温度四次方的结论,即黑洞的热辐射满足广义Stefan-Boltzmann定律。利用静态球对称黑洞的热质点模型,得到了当截断的固有距离η、黑洞的质量m及电荷Q取定后,距黑洞遥远的观察者所接受到的辐射能通量与观察者到黑洞之间的距离的平方成反比。     

广义不确定原理对Kerr黑洞热力学的影响

利用广义不确定原理,研究了Kerr黑洞热力学的量子修正.根据视界附近粒子的量子不确定性,给出了黑洞温度与黑洞视界半径的关系式.分析这一关系式,给出了Kerr黑洞的临界状态和临界参量.根据黑洞热力学第一定律,对Kerr黑洞热容和黑洞熵进行了计算.利用黑洞热容公式,给出了黑洞的剩余状态.结果表明,Kerr黑洞剩余状态与临界状态等价,广义不确定原理可避免黑洞蒸发过程中温度奇异性的出现.得到的黑洞熵具有包括对数修正在内的量子修正项.     

Q:超新星爆炸产生的黑洞是怎么发出伽马射线暴的,电磁波不是不能逃离黑洞吗?

正A:"电磁波不能逃离黑洞"这个说法不严谨。黑洞有一个视界面,在视界面以内的电磁波不能逃脱黑洞,而在视界面以外的电磁波可以脱离黑洞。许多星系中心都有大质量黑洞甚至超大质量黑洞,但我们依然可以看到这些星系辐射出的电磁波,因为这些光都是黑洞视界面之外的电磁波。伽马暴、超新星、恒星级黑洞之间的关系很复杂:一部分伽马射线暴(以下简称"伽马暴")与黑洞有关,另外一部分与黑洞无     

起源于引力场的Vaidya-Bonner-de Sitter黑洞的瞬时辐出度

利用Vaidya-Bonner-de S itter黑洞视界面附近的熵密度,导出黑洞的瞬时辐出度,得到了任一时刻黑洞的瞬时辐出度总是正比于黑洞视界温度四次方的结论。导出的广义Stefan-Boltzm ann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一个动比例系数,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。     

黑洞物理学的若干问题

本文讨论拉普拉斯黑洞理论,广义相对论的黑洞解,黑洞量子力学和黑洞热力学。对黑洞物理学的若干问题,特别是黑洞热力学中的问题,进行较详细的讨论,最后讨论了最近的动态、作者的工作和可能值得进一步探讨的问题.     

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.     

缓变动态Kerr黑洞视界附近的辐射能通量和辐射功率

采用黑洞的薄膜模型和局域热平衡的假定,研究缓变动态Kerr黑洞视界附近的辐射能通量和辐射功率,得到了缓变动态Kerr黑洞的热辐射满足广义Stefan-Boltzmann定律的结论。当截断距离以及薄膜厚度取定后,Kerr黑洞视界附近标量场的辐射能通量与辐射功率不仅与黑洞的质量有关,还与黑洞的视界变化率有关,表明黑洞周围的引力场和视界的变化均对黑洞的热辐射产生影响。     

黑洞的吸积过程

正黑洞在宇宙中是普遍存在的。观测表明,宇宙中大部分星系中心都存在一个质量在几十万到几十亿倍的太阳质量的超大质量黑洞,而每个星系中都存在几千万个恒星级质量的黑洞。黑洞吸积是指黑洞周围的气体在黑洞引力的作用下向黑洞下落的物理过程。这一过程会释放出很强的辐射,并伴随着物质外流。现代天体物理的许多重要分支都是以黑洞吸积作为其理论基础的,包括活动星系核、伽玛射线暴、黑洞X     

变加速直线运动带电黑洞的瞬时辐出度

利用变加速直线运动带电黑洞视界面附近的熵密度,导出黑洞的瞬时辐出度,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视界温度4次方的结论。导出的广义Stefan-Boltnnann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一个动比例系数。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。     

广义球对称带电静态黑洞的辐射能通量及辐射功率

利用静态球对称黑洞Dirac场的统计熵,导出广义球对称带电静态黑洞的广义Stefan-Boltzmann定律,得出了黑洞的辐出度与视界温度的四次方成正比的结论。利用热质点模型,研究了广义球对称带电静态黑洞的辐射能通量和辐射功率,指出当截断的固有厚度η、黑洞质量m、黑洞电荷Q及Ψ取定后,距离黑洞遥远的观测者所接收到的辐射能通量与观测者到黑洞距离的平方成反比。     

Q＆A

Q．黑洞经霍金辐射丧失大量的质量后会发生爆炸吗？ A：这个问题大致是想问,霍金辐射会使得黑洞损失质量而变得越来越小,当黑洞的质量小到某个临界质量时,就已经不是黑洞了,将会发生爆炸。实际情况并不是如此。因为黑洞的质量并不存在最小临界值,也就是说,黑洞将永远是黑洞,不会因为经霍金辐射损失质量后变成别的天体。霍金辐射一个很重要的性质就是,黑洞的质量越小,霍金辐射就越厉害。     

一类非奇异黑洞的热力学稳定性

黑洞也是一种热力学系统,则对于黑洞通常的热力学定律也应该成立。基于此,研究了巴丁黑洞的热力学量及其热力学稳定性。结果表明巴丁黑洞的熵应该仍然是贝肯斯坦-霍金熵,但是巴丁黑洞的质量不再是该系统的内能。利用重新定义的巴丁黑洞内能,计算了热容量和热力学曲率,以此分析了巴丁黑洞的热力学稳定性和相变。     

环面黑洞的热力学几何及临界行为

将几何方法应用于研究环面黑洞的热力学性质,计算了该黑洞的温度和热容,并探讨了黑洞热力学几何度规与黑洞的临界行为及相变特征之间的联系.结果表明：环面黑洞热力学温度等于其Hawking温度;由于其标量曲率等于零,因而环面黑洞的Weinhold度规不能给出关于该黑洞热力学临界行为及相变的任何信息;而环面黑洞的Ruppeiner度规和Legendre协变度规却能很好地反映出黑洞的相结构信息.     

球对称动态黑洞的广义Stefan-Boltzmann定律

选取超前爱丁顿坐标 ,采用统计的方法 ,计算出动态黑洞的瞬时辐出度 .结果表明 ,动态黑洞的瞬时辐出度不仅与假定黑洞处于热力学平衡时的辐出度有关 ,还与黑洞的事件视界速度、事件视界温度、事件视界附近的熵密度及黑洞的吸收和辐射系数有关 .对于球对称动态黑洞 ,任一时刻黑洞的瞬时辐出度总是正比于黑洞事件视界温度的四次方     

静态球对称黑洞Dirac场的辐出度

利用静态球对称黑洞Dirac场的统计熵,导出黑洞的辐出度,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。     

黑洞熵与贝肯斯坦霍金熵

研究了黑洞形成过程中的熵演化,确立了一个基本观点,那就是确认引力場是将无序化星云转变成有序化黑洞的唯一的基本因素,而贝克斯坦-霍金熵正是引力场在形成有序化黑洞的过程中,黑洞向黑洞外抛射的无序化量子气态物质的熵,它已应不再属于黑洞的熵.因此,黑洞的熵应是黑洞抛射量子气态物质的熵之后的剩余熵.     

黑洞视界面积定理

从满足Nernst定理的黑洞熵与视界面积的关系得出黑洞视界面积定理:满足Nernst定理的黑洞熵与其全面积成正比;对于单视界黑洞,其全面积即视界面积;对于双视界黑洞,其全面积为内、外视界面积的代数和;黑洞具有物理意义的视界不多于两个。     

R变换黑洞数的研究

定义一类新的黑洞-R变换黑洞,给出2～9位数的全部R变换黑洞数,并进行类比得到R变换黑洞数的两种衍生法,由此衍生出一些更高位的R变换黑洞数.     

Schwarzschild黑洞的力学模型及其量子化

将Schwarzschild黑洞的可观测量——质量视为动力学变量,把它的共轭量视为广义动量,构造二维相空间,通过正则坐标变换,得到了Schwarzschild黑洞的玻色简谐振子模型;利用该模型计算了Schwarzschild黑洞的质量谱;在粒子数表象求出了Schwarzschild黑洞的视界面积算符,计算出Schwarzschild黑洞的量子面积谱和黑洞熵,求出了黑洞视界面积波函数．