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.     

2+1维荷电蒸发黑洞的Hawking辐射

起因于Hawking辐射的黑洞量子力学不稳定性的发现是近20年来量子场论中的最重要进展之一.这个重要的理论发现,不仅解决了黑洞热力学中存在的矛盾,而且深入地揭示了量子力学、热力学和引力论之间的内在联系.由于蒸发和吸积等物理过程,宇宙中黑洞必然是随时间变化的.因此深入研究这类黑洞的Hawking辐射,显然对于人们完整认识黑洞这种暗天体是有着重要意义的低维引力理论研究是理论物理中近几年来的一个热门课题,它对于量子引力理论研究有着重要的意义,相应的低维黑洞研究也日趋活跃.在文献[9,10]中分别对1+1维和2+1     

黑洞辐射信息丢失之谜

黑洞为大众所熟知与霍金的科普著作<时间简史>有密切关系,但是黑洞这个概念早在18世纪已被提出.当时光以有限速度传播已经为科学家们所熟知,由此米歇尔(J.Michell)和拉普拉斯(P.Laplace)分别独立提出了黑洞(当时叫做暗星、即dark star)的想法:一定存在这样的星体,在它里面连光线都无法逃逸.他们使用经典力学的方法计算出来了此种星体的半径,令人惊奇的是,这个值竟然和100多年后施瓦兹(K.Schwarzschild)由广义相对论计算得出的施瓦兹黑洞的半径完全一致[1].     

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:     

动态时空中的补偿效应

在文献[1,2]中,我们已经指出,Hawking-Unruh量子热效应,可以看作坐标尺度变换下的补偿效应,相应的温度可以看作补偿场的纯规范势.本文以Vaidya黑洞为例,把上述观点推广到动态时空.1 静态史瓦西时空众所周知,静态史瓦西线元     

恒星级黑洞的搜寻与研究进展

迄今为止,银河系内发现的约20颗恒星级黑洞都是通过黑洞吸积伴星物质所发出的X射线来识别.若黑洞的X射线辐射低于望远镜探测极限,人们仍可以通过监测伴星的视向运动来发现黑洞.我们利用LAMOST望远镜对银河系的一颗B型恒星进行速度测量,发现它在围绕一颗不可见天体——大质量恒星级黑洞做周期性运动.这是国际上利用视向速度监测发现黑洞的一次成功实践.尽管引力波探测实验已经发现相似质量的恒星级黑洞,但在富金属环境中形成如此大质量的黑洞对目前的恒星演化理论形成了巨大的挑战.本文介绍了恒星级黑洞的几种探测方法,并对近些年国内外搜寻黑洞所做的努力进行了回顾,最后对未来利用视向速度监测方法和天体测量方法寻找黑洞进行了展望.     

黑洞的内禀角动量

在此以前,人们认为黑洞的角动量就是经典意义下的角动量。如果角速度为零,那么角动量肯定为零。但是最近发现了一些稳态轴对称的非Kerr黑洞,文献[4,5]讨论了它们的角动量性质。结果表明这类黑洞的角速度虽然等于零,但其角动量不为零。这是与传统的关于黑洞角动量的认识相悖的,于是文献[4,5]提出黑洞存在一种新形式的内禀的角动量。本文对轴对称黑洞的角动量的一般形式进行了探讨,发现角动量确实可以分为两个部分,其中一部     

声学黑洞研究进展与应用

声学黑洞结构作为一种新型的弯曲波调控技术,可以有效地降低结构中弯曲波的传播速度,减小边界末端的反射,形成具有高能量密度的区域,因此在减振、降噪、波动调控以及能量回收等方面具有广阔的应用前景.不同于以往复杂的减振降噪复合结构,声学黑洞因其结构与材料单一,在实际应用方面具有一定的优势.时至今日,针对声学黑洞结构已经进行了大量的基础理论研究和实验探索,并取得了一定的阶段性研究成果.本文首先介绍了声学黑洞的起源和基本原理.然后,全面介绍了理论计算和实验研究方法,详细地综述了声学黑洞结构的4个主要功能性分类,即减振、降噪、波动调控和能量回收,并总结了现在研究存在的问题.最后,对声学黑洞的发展前景进行展望,并指出了未来研究的重点和方向.     

含有整体单极动态黑洞的量子热效应

目前流行的研究动态黑洞Hawking效应的方法,是考虑热辐射反作用,用弯曲时空量子场论进行处理,这种方法使用起来比较复杂,而且只在弱辐射情况下才能得到视界位置和温度.近来,我们建议了一种新方法,使用起来快速简便,而且能够比较精确地确定视界位置和温度.本文就利用此法研究动态单极黑洞的热辐射.含有整体单极的动态时空线元:     

黑洞是宇宙中的“发电机”吗？

黑洞是一颗不发光的星体 ,也是四维空间下的无底深洞。部分科学家认为 ,在MCG -6-3 0 -1 5星系中心不仅有一黑洞 ,而且还存在一个“电磁式发电机”———     

面积量子？

面积的最小单位是什么 ?为了回答这个问题 ,理论物理学家们一直在努力解决量子黑洞这个概念 ,现在两种不同的方法将得到同样的结果———     

封面说明

正霍金预言黑洞能像普通黑体一样发出热辐射,引发了黑洞信息丢失之谜.黑洞信息丢失之谜反映了引力理论和量子理论之间的潜在冲突,引起了物理学家们的广泛关注.霍金辐射之间是否存在关联是解决黑洞信息丢失问题的关键.在量子隧穿图像下,计入辐射粒子反冲,可证明辐射谱为非热谱.而非热谱表明黑洞辐射粒子之间存在关联,使得黑洞辐射过程信息守恒.为了进一步研究黑洞辐射之间关联的原因,何东山和蔡庆宇给出了     

双星对称黑洞模型及其时空特征

对称分布的双星黑洞具有单一黑洞所不具有的性态，它可以解释已观测到的天体的某些现象，如反物质存在问题、黑洞封闭性问题、宇宙膨胀与收缩问题、能量吸收与释放问题、巨大能量来源问题、黑洞与白洞问题等。     

关联与黑洞信息丢失问题

霍金计算发现黑洞会发出热辐射.由于热辐射之间不存在关联,因此辐射粒子无法将信息携带出黑洞,伴随着霍金辐射,黑洞内部的物质信息逐渐丢失.量子力学幺正性要求信息守恒,黑洞信息丢失与量子力学幺正性存在明确的冲突,此即黑洞信息丢失之谜.霍金辐射之间是否存在关联是解决黑洞信息丢失问题的关键.霍金最初的计算中没有考虑辐射粒子的反冲,得到的辐射谱为纯热谱.后来, Parikh和Wilczek的计算表明,如果计入辐射粒子的反冲,则辐射谱可能会轻微地偏离热谱.本文首先介绍了Parikh和Wilczek使用包含辐射粒子反冲的量子隧穿方法得到的非热谱.其次,介绍了张保成等人在非热谱基础上证明黑洞辐射粒子之间存在关联,并且黑洞辐射过程信息守恒的工作.最后,介绍了黑洞辐射之间如何产生关联的一种可能的物理机制,黑洞辐射粒子之间的引力关联可以携带信息,使得黑洞辐射过程中信息守恒.     

变加速直线运动黑洞的非热辐射

本文研究了作变加速直线运动的蒸发黑洞的非热辐射。利用弯曲时空中的Hamilton-Jacobi方程,计算出了Dirac正负能级的精确表达式,在视界附近出现了正负能级交错,这种交错会导致自发辐射的产生。黑洞的加速度和黑洞表面的电磁势是产生能级交错和非热辐射的根源。黑洞的蒸发也会对能级分布及非热辐射产生影响。值得注意的是,对于变加速直线运动的蒸发黑洞,非热辐射的频率范围与极角有关,这是不同于稳态黑洞的一个特点。     

一种新的Dirac能级图

近年来,Manko等人的研究表明,在不违背Robinson-Carter定理的情况下,宇宙中可能存在着带有质量多极矩的黑洞.对质量多极矩而言,质量四极矩的引力场将成为重要部分.具有质量四极矩的一类黑洞的特性已得到初步的研究,本文采用Manko最近从真空Einstein场方程得到的严格的渐近平直黑洞解,用计算机计算并绘制出一个具有质量四极矩的稳态轴对称非Kerr黑洞时空中的Dirac能级,进而研究这种黑洞的非热辐射和黑洞内禀奇点对Dirac能级的影响.     

认识黑洞边缘

最新的研究显示,黑洞也能成为明亮的辐射源——在吸积周围物质的过程中,当吸积盘中的气体盘旋着掉入黑洞时会释放出大量的引力能,这些辐射为我们认识黑洞边缘的秘密提供了一条途径。 黑洞的辐射主要来自吸积盘的热辐射。其中的幂律硬X射线是来自吸积盘的光子和吸积盘冕中热电子互相作用的结果。这一光谱已经在恒星质量黑洞中     

关于黑洞熵的物理意义的探讨

七十年代初,Bekenstein在黑洞物理学中引进了黑洞熵S_(BH)的概念。在Hawking发现了黑洞的“蒸发”现象后,黑洞熵作为黑洞热力学的基本概念得到了广义相对论工作者的     

从黑洞到灰洞

<正>从人们意识到黑洞的存在至今,黑洞一直是天文学家及物理学家最关注的领域之一。可就在大半年前,霍金突然说,黑洞并不存在,它其实应该是灰洞。不过,从黑洞到灰洞的道路似乎并不通畅,甚至也许根本不存在这样的路。可是就我看来,霍金的理论并没有任何计算支持,通篇文章只是文字,所以非常值得怀疑。我们在这篇文章中主要谈黑洞,最后提及灰洞,因为灰洞是还没有被验证的理论概念。照这么说,黑洞被验证了?是的,黑洞被间接验证了。为什么说间接?因为根据定义,黑洞是"黑"的,不会发光,也不能被望远镜直接看到,所以只能间接验证。黑洞并不绝对"黑":第一,黑洞周围被其吸进去     

处理黑洞反作用的一条新途径

本文介绍一种在考虑反作用的情况下确定黑洞温度的新方法。在Vaidya情况得到与前人一致的结果。 在考虑反作用的情况下,蒸发黑洞的辐射温度通常用二维模型来进计算。其理论基