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.     

生命复制的模拟

介绍一种用数学方法抽象地描述模拟生命复制的新方法,可能重新解释热力学第二定律。众所周知,有生命的东西的维持和热力学第二定律不一致,这并没有什么奇怪,因为虽然植物或动物的熵要低于它们的无生命组元在同一温度条件下的熵,但是热力学第二定律所说的熵要趋向一个最大值是仅对一个封闭系统而言的;当系统达到最大熵值时系统就处于平衡状态。而生命的东西其生存     

热力学第四定律的提出

在电路理论研究中,美国威斯康星大学化学教授G.F.Pollnow提出了热力学第四定律.他认为这个定律对理解有机体的行为特别有用.该定律指出:“任何能量转换的网络(或远离平衡态的耗散结构)是由一个与其环境耦合的瞬时系统组成的,这个系统的势能耗散率不仅受到系统内部的制约,而且受到外部环境的限制.”Pollnow 说,根据该定律的定性结果可看到,先于有     

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:     

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.     

孤立系统内传热过程的火积减原理

从热力学第一、第二定律出发, 基于熵的概念, 可以得出孤立系统的熵增原理和孤立系统、定温定容系统等的热平衡判据. 本文基于火积的概念, 得出了孤立系统内传热过程的火积减原理, 发现在孤立系统内的热量传递过程中, 火积总是减小的, 该原理可以视为热力学第二定律在传热过程中的一种表述. 本文还得到了孤立系统和封闭系统的热平衡判据, 即最小火积原理和最小自由火积原理, 发现孤立系统在达到热平衡时系统的火积最小, 而封闭系统在热平衡状态下自由火积最小. 这就表明, 在传热过程中, 火积和熵一样, 都可以作为时间之矢, 指出其发展方向; 而且, 火积也可以用于描述系统的平衡态.     

佯谬消失

什么东西都不能从黑洞里逃脱。可是斯蒂芬·霍金出色地证明：黑洞并非真正是黑的，相反，它们因热而发光。那末这种热能怎么可能从那条单向通道里往外流源呢？答案全然同它所解释的现象一样奇特：黑洞辐射的热量不是用从黑洞流出来的通常能量来偿付，而是由流入黑洞的负能量来补偿。这难道是个数学花招？不对。负能量是确实存在的。问题在于：相当大的负能量的生成和利用会损害一些最神圣的自然法则，比如说热力学第二定律。梦想制造众动机或作逆时间旅行这些反常的非自然情景是容易的。对于物理学家来说，这些都是吓人的观念。但是大自然似…     

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     

协同学与其他学科的关系

西德著名物理学家哈肯(H.Haken)所创始的这门新兴学科——协同学是一门边缘科学,它研究产生宏观空一时或功能结构的系统中,各单元间的合作关系,既研究确定性过程,也研究随机过程。下面论述它与其他学科的关系。协同学有许多方面,从自已专业领域出发探索协同学的科学家,可能首先注意到与自己学科的基本思想最接近的那些方面。物理学家研究协同学时,常常想到热力学,热力学最突出的特点之一是其普遍适用性。不管系统有什么成分,或处于什么状态(气态、液态、固态),热力学的定义都普遍适用。它之所以获得广泛应用是因为它研究宏观量(或可观测量),例如:体积、压力、温度、能量和熵等。显然这些概念适用于大量分子的集合体,而不适合于个别分子。也可采用信息论作类似研究,可用信息论准确计算只有有限信息的系统。某些物理学家认识到协同学与不可逆热力学的共同特点,至少在物理学、化学及生物学领域中,协同学和不可逆热力学都研究偏离热平衡的系统。化学家和物理学家十分惊奇地发现协同系统的各种宏观转变和热平衡系统诸如:液一气相交,铁磁体形成,产生超导性等相变之间存在着密切的类似性。协同系统可以发生连续转变或者不连续转变,可以表示出对称破缺,临界慢化,临界涨落等特征,这在相变理论中,大家是很熟悉的。     

黑洞发现之路

<正>银心黑洞的首张图像让人兴奋。从理论推测黑洞的存在到拍摄黑洞图像,人类走过了几百年的——物理学家霍金认为,黑洞“比任何科幻作家幻想出来的东西还奇怪”。黑洞之所以如此奇怪,是因为黑洞内部有一个密度无穷大、体积无穷小的奇点,能让空间和时间彻底崩溃,从而产生人类无法理解的后果。1783年,英国科学家米歇尔提出,根据牛顿万有引力定律,宇宙中可能存在连光都能被永远束缚住的大质量天体。由于这种天体无法向外释放光线,米歇尔将其称为“暗星”。     

状态量熵应为负值

物理量的正负值性质不仅取决于它的零点选择,还通常与它的物理意义有关.一般约定用正值代表正面的、积极的事物,负值代表负面的、消极的事物.然而,状态量熵却是一个“奇怪”的物理量.它代表了一种负面的、消极的事物,但却一直被视为正值.基于平衡态热力学的对称性,我们建立了一个理想固体状态方程,该方程要求熵应具有负值性质;并从物理上规定了熵的零点应为熵的极大值点,即零压理想气体(理想气体的极限状态).分析表明,普朗克关于能斯特热定理的熵表述并不普适,它仅对单组分物质如完美晶体有效,“熵不可能为负”并不是一个绝对的事实.历史上选择零温完美晶体作为熵的零点是非物理操作,只涉及方便性的问题.以零压理想气体作为熵的零点,其他所有热力学状态的熵均为负值,实现了熵的零点与其宏观和微观物理意义的统一,熵的负值(即熵的绝对值)愈小,系统的不可用能愈大(可用能愈小),无序度愈大(有序度愈小).这与人们的认知习惯相符.与选择零温完美晶体作为熵的零点不同,零压理想气体作为熵的零点同时也是热力学对称性的要求,是一种基于物理本质的选择.此外,零压理想气体是理想气体状态方程和理想固体状态方程共同的熵零点,可以对两个极端方程之...     

300年前苏醒的黑洞

日本天文学家最近发现了一个300年前突然苏醒的黑洞，而且它已经开始“狼吞虎咽”。黑洞位于银河系中央，原来一直处于沉睡状态。距地球约26000光年的它就是“人马座A星”，是一个质量为太阳的400万倍的“怪物”。日本天文学家利用欧洲航天局的“XMM-牛顿轨道望远镜”和美、日两国的X射线卫星发现，     

人类对宇宙中黑洞的探索

前言人类对于宇宙结构、天体演化、宇宙起源等一系列极为壮观的科学和哲学问题的研究,与探索物质结构基元的原子论具有同样悠久的历史。从古希腊关于天体的优美神话开始,经过康德星云学说、哥白尼的日心说、开普勒行星运动三大定律、牛顿万有引力定律直到爱因斯坦广义相对论,宇宙的神秘面纱正在逐步被怀着巨大热情的人类揭开。科学研究的发展有时是出乎人们意料的。恒星天体演化后期的归宿之一是黑洞,近十多年来的研究表明,起源于研究天体的黑洞物理学,竟与研究物质的基本粒子理论在某些方面大有合流共进的趋势。这真是科学史上颇有戏剧性而又富有哲理性的奇观。今日的黑洞理论,建立在广义相对论、热力学、辐射理论、量子场论等最新物理理论的     

热力学第二定律普适性的疑难

热力学第二定律是不是一条普遍适用的定律一直是个悬而未解的难题。本刊13卷2期刊登的《热力学第二定律的应用限度》一文主要从物理学的角度出发,从一定的深度上探讨了热力学第二定律仅在宏观系统中成立,而对微观、宇观系统皆不适用。本期发表的《热力学第二定律普适性的疑难》一文则从热力学第二定律泛化至宇宙学和社会学所出现的一些矛盾问题着手,引出了一些值得认真思考的问题,并通过几个实例从广度上指出了热力学第二定律的普适性还有待证实。这两遍文章遵循了不同的思想路线从不同角度讨论了第二定律的应用范围。     

热力学第二定律的应用限度

关于热力学第二定律的应用范围,一直到现在还没有最后定论。西方大多数学者认为,第二定律是普遍性的定律,它不仅适用于一般的热力学系统,同时也适用于总星系和宇宙,宇宙的热寂状态是必然要达到的。一些学者指出这种说法的荒谬性,并且加以驳斥。但是,他们的论证主要是从哲学角度出发,未能击中热寂说的要害。《热力学第二定律的应用限度》一文认为,第二定律是物理学定律,它的证明或反驳都必须从物理学角度来进行。因此,该文试图证明第二定律仅在宏观系统成立,对微观系统及宇观系统皆不适用。     

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、     

STPV系统熵产及效率研究

根据热力学第二定律对太阳能热光伏系统进行建模分析, 研究并比较了系统各组成部件中的熵产大小, 同时讨论了各模块的转换效率. 分析了辐射器温度、聚光器会聚比、电池禁带宽度、电池温度及滤波器透射率等参数对熵产及效率的影响. 得出系统总熵产随着辐射器温度的升高呈现先减小后增大的趋势, 而随着聚光器会聚比的增加, 系统总熵产逐渐减小. 电池禁带宽度、化学势的增加使得系统各部件熵产减小, 电池温度的升高影响了其转换性能, 使得熵产增加的同时转化效率逐渐降低.     

黑洞的指纹：拟正则模方法和意义

物理学家常说处于平衡状态的孤立黑洞是宇宙中最简单的客体,它们只依赖于质量、角动量和电荷3个物理参数。惠勒（J．Wheeler）将这个性质称为“无毛发定理”,中国学者有时戏谑地将其称为“三毛定理”。然而,宇宙中并不存在孤立的黑洞,无论是星系中心的黑洞还是其他黑洞,它们周围都复杂地分布着各种物质．     

我国科学家发现气体温差定律

我们已有这样的经验:热气体易上升,冷气体易下降。对这种“热气体上升,冷气体下降”的现象我们习以为常。然而最近人们发现:在一个只受恒定重力场作用的系统中,气体会自然地趋于“冷气体上升,热气体下降”这种与我们传统的经验相反的现象。这就是我国科学家新发现的一条物理定律——重力场气体温度按高度分布律,简称重力场气体温差定律或气体温差定律。     

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