黑洞热力学

黑洞物理学是一门新兴学科.1970年以前,黑洞物理学主要研究黑洞的运动学和动力学.1970年起,霍金(S.W.Hawking)、贝肯斯坦(J.D.Bekenstein)等在黑洞物理学中引进热力学,不久,霍金等又在黑洞物理学中引进量子力学和量子场论.这些年来,由于许多人的大量而出色的工作,形成了黑洞热力学和黑洞量子力学这两个分支.黑洞热力学和黑洞量子力学是现代黑洞物理学的主要组成部分,它们的历史还不到十年.本文试图对黑洞热力学作一概要的介绍.     

一种新的静态Manko黑洞和稳态Manko黑洞的热力学性质

为了更好地描述真实天体的引力场,Manko引入了两个具有任意多极矩的轴对称的Einstein场方程的精确解,其中一个是静态的,另一个是稳态的,它们都有视界,因此,它们代表了两个黑洞.但是,由于Manko黑洞的视界不是一个完整的光滑超曲面,其上存在着“洞”(裸奇点),所以,它们与Schwarzschild以及Kerr黑洞视界的拓扑结构(Euler示性数)不同.我们将通过对Manko黑洞视界温度的计算,阐明这类黑洞的热力学性质.文献[1]中给出了扁球坐标表示的静态轴对称、具有任意多极矩的Einstein场方程的解:     

黑洞热力学第零定律的恰当表述

通常认为,黑洞热力学第零定律是指“稳态黑洞视界面上的表面重力K是一个常数”。它相应于通常热力学中,处于热平衡的系统各点有相同的温度。然而,真正的热力学第零定律应该是指“热平衡具有传递性”。由此可以证明热力学系统存在一个表征热平衡状态的态函数——温度。“处于热平衡的物体,各点有相同的温度”只不过是热力学第零定律的一个推论。     

黑洞理论的新进展

黑洞是一个超密天体,当大质量恒星耗尽其全部热核燃料后,便坍缩成黑洞.天文学家还认为,类星体的中心存在着几十亿个太阳质量的巨大黑洞,类星体是位于可观测宇宙的边界上的极亮天体.在星系(如我们银河系)的中心也同样存在着黑洞.理论物理工作者曾计算得:一个黑洞的特性可由质量、电荷和自     

ω-变形Kaluza-Klein超引力的转动双荷黑洞解及其热力学

将转动带电的Rasheed-Larsen双荷黑洞解推广到?-变形的Kaluza-Klein超引力理论中,得到了新的?-变形的转动双荷黑洞精确解,并对其热力学性质进行了仔细地分析,发现除了在电磁规范势1-形式、电荷、磁荷、静电势和静磁势中需要同时作一个电磁对偶转动以外,?-变形参数对黑洞度规、质量、角动量、热力学第一定律和Smarr公式没有影响.     

霍金提出新的黑洞理论

牛津大学著名物理学家史蒂芬·霍金2004年7月21日当众认输,推翻他1975年赖以成名的黑洞理论,承认黑洞并非可怕的物质“终结者”,由崩溃的星球形成的黑洞其实不会吞噬和消灭一切物质,而会保留被吞噬物体的细微痕迹,最后以残破的形式“吐”出来。霍金逢“赌”必输1997年,霍金同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌时坚持自己的“黑洞悖论”,黑洞会摧毁它们吞噬的一切信息,后者则认为黑洞不可能使其内部物质的信息丧失,赌注则是一本《棒球百科全书》。霍金于2004年7月21日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛,并送给普雷斯基尔一套棒球百科全书…     

知识:起源、定义及特性

知识是人类的精神活动整合生成的产物。精神活动是人类认识客观世界的行为,其结果是创造出知识。人的认识和人创造的知识都是进化的产物,是与人类文化的起源紧紧联系在一起的。     

宇宙三怪:黑洞、白洞和空洞

浩瀚的宇宙高深莫测,无奇不有。其中最玄妙的莫过于存在着这样一种“神秘的天体”:它看不见、摸不着,迄今为止的各种天文望远镜都没有直接观测到它,但天文学家通过其他观测途径,又确信它存在于宇宙之中,并有可能主宰着整个宇宙的命运。这种“神秘的天体”就是根据爱因斯坦广义相对论所预言的一种奇异天体——     

具有质量多极矩稳态轴对称黑洞的热力学性质

70年代以来,黑洞热力学的研究引起了人们极大的兴趣,取得了一系列有意义的结果.最近,文献[5]利用Gutsunayev-Manko度规和Castjon-Amenedo度规,对具有质量多极矩的稳态轴对称非Kerr黑洞的热力学性质进行研究,得到了几个有趣的结果.然而,从Einstein场方程可知,这几个度规只是多极矩场的某种近似结果:Gutsunayev-Manko度规为最低级Geroch-Hansen多极矩解,而Castjon-Amando度规为前四级Geroch-Hansen多极矩解.那么,在严格的无近似的情况下,具有质量多极矩的稳态轴对称黑洞的热力学性     

霍金推翻自己的黑洞理论

2004年7月21日,在爱尔兰首都都柏林举行的“第十七届国际广义相对论和万有引力”大会(GR17大会)上,《时间简史》的作者、英国剑桥大学富有传奇色彩的理论物理学家史蒂芬·霍金,向来自世界各地、齐聚一堂的科学家和记者宣布,他解决了物理学中重要的一个问题:黑洞究竟有没有破坏被其吞噬的信息。大会上,霍金演讲了他的最新发现,他宣告推翻了自己若干年前建立的著名黑洞理论,并重新讨论了信息守恒的问题。“30年来,这个一直困扰着我的问题终于得到解决,这真是太好了,”霍金在演讲中这样说道。他的有关论文将发表,他将在论文中进一步阐释他的新…     

生态气象:起源、概念和展望

生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层相互作用的核心,服务于人与自然和谐发展;探讨了生态气象观测的主要指标与可能的业务服务产品;阐释了生态气象研究与生态文明气象保障、气象防灾减灾和应对气候变化的关系;指出当前生态气象迫切需要开展的重点研究任务:(1)生态气象长期观测联网研究;(2)基于大数据与人工智能的生态气象信息提取与分析技术;(3)生态系统对气候变化的适应性及其变化归因;(4)生态系统主要气象灾变机制及其致灾临界气象条件;(5)陆地生态系统关键物候期对多环境要素响应的生理生态机制与模拟模型研究;(6)耦合生物-物理-化学-管理过程的生态气象数值模式研发;(7)陆地生态系统变化对气候系统的反馈作用与可持续发展对策研究.     

科学技术革命:起源、规律性和前景

科学技术中完成的革命不止一次:哥白尼开始的自然科学革命(十六世纪),拉瓦锡氧气理论引起的化学变革(十八世纪末),达尔文引起的生物学观点根本改变,十九世纪末二十世纪初由于物理学深入到原子而开始的自然科学最新革命。十八世纪发     

含宇宙弦或整体单极子的Schwarzschild黑洞热力学性质

当具有渐近平直边界条件时,黑洞热力学遵循Bardeen等提出的四条基本定律。而对于不具有渐近平直边界条件的Schwarzschild型黑洞,这四条定律是否仍然成立值得研究。因为近来人们发现一些规范理论可导致诸如整体单极子、宇宙弦等一类拓扑缺陷。这些拓扑缺陷代表了在早期宇宙中可能出现的物质。它们的出现可能会在宇宙中引起一些重要的、     

复杂系统的热力学理论

现有的热力学理论在处理远离平衡的开放复杂系统方面遇到了前所未有的困难。本提出一个新的热力学原理：“一个远离平衡的开放复杂系统总是在寻找一种优化过程使得系统在给定的约束或代价下获得最大广义流J”的新热力学原理，在此基础上发展了开放系统的统计理论。分析了非平衡相变。阐述了复杂系统中由自然选择而导致的进化。最后从物理和数学上导出了耗散结构的形态即复杂系统的分形结构。试图为解决30年来分形机理的疑难和困惑提供借鉴。     

黑洞理论的疑难与重要启示

本文叙述了黑洞理论的由来与发展,浅谈了以霍金辐射为代表的量子热效应。介绍了目前黑洞研究中的两个重要疑难:信息佯谬与奇性困难。探讨了由这两个疑难导致的基本问题:宇宙中的信息是否应该守恒;时间究竟有没有开始和结束。     

Blandford-Znajek效应对活动星系核中心黑洞热力学演化的影响

黑洞和普通热力学系统有许多相似之处,同样存在热力学四定律,但黑洞的热力学第三定律(即不可能通过有限的物理过程使黑洞的表面温度降为零)却被认为缺乏严格论证,对于一个普通热力学系统,由Nernst定理知道,系统温度T→0时,等温过程的熵变δS→0,S(T=0,y)为常数,与系统的状态参量y无关,而对转动的Kerr黑洞,其表面温度T→0时,S却与黑洞的状态参量有关,似乎总能通过有限步骤的等温、绝热等过程实现T=0,从而违反热力学第三定律,天体物理中Bardeen的薄盘吸积与Abramowicz和Lasota的厚盘吸积过程就是迄今认识到的黑洞热力学第三定律的两个难题.     

多重分形:热力学类比、相变和子波变换

扼要介绍了分形理论中逐渐兴起的多重分形在热力学类比、相变和子波变换等方面的研究情况。     

有限时间热力学——现代热力学理论的一个新分支

19世纪中叶,人们在了解热功相互转换规律、努力提高热机效率的同时,建立和发展了经典热力学理论。100多年来,热力学理论对人类科学技术的进步起了重要作用。其中最早的一个重要贡献(至今仍具有十分重要意义)就是卡诺定理,它确定了工作于T_H和T_L温度间的一切热机所能达到的效率界限。这个界限就是著名的卡诺效率     

看见黑洞:“人类公布首张黑洞照片”事件解读

<正>北京时间2019年4月10日21时,全球六个城市(美国华盛顿、比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北和日本东京)同时召开新闻发布会,公布了人类拍到的第一张黑洞照片.此次发布的黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞.该黑洞距离地球5500万光年(1光年=9.4607×1015 m),质量为太阳的65亿倍.该照片不只是在天体物理学术界,甚至在整个社会上也引起了很大轰动.本文将介绍这张黑洞照片的来龙去脉.     

人造黑洞:新物理学的开端

几十年来,现代物理学一直存在着一个难以解决的矛盾,这个矛盾使科学家们有时感到无所适从。这就是:我们有两个而不是一个解释宁宙现象的体系。一个体系是量子力学理论,它详细而巧妙地解释了宇宙中波和粒子的性质。另一个体系是广义相对论,它将时间和空间结合成一个连续统一体,科学地解释了行星运动和宇宙膨胀理论。