大质量天体会使时空弯曲,那天体内部及表面的时空是怎样的?

<正>A:根据广义相对论,质量会使时空弯曲,因此不论是在天体的内部还是外部,时空都会由于天体质量的影响而弯曲。但是对于不同的天体,其内部与外部的时空弯曲方式会有一定的不同,原则上都可使用广义相对论的引力方程求解。时空的弯曲程度由"度规"来描述。如果将天体看作是球对称的,那么其外部真空中的时空弯曲由史瓦西度规来表示。对于像黑洞这种特殊的天体,由于其质量都坍缩到了奇点,因此严格来说没有内外之分;但是对于黑洞来说,由于视界内的事件无法被观测到,而视界的大小可由史瓦西半径近似得到,因此史瓦西半径可以被看作是黑洞的"表面"。在史瓦西半径这个表面以内,真空球对称这个条件依然满足,所以其时空弯曲还是由史瓦西度规描述,在此半径内时空     

变加速直线运动带电黑洞的非热效应

利用弯曲时空中标量粒子运动的Hamilton-Jacobin方程,研究了变加速直线运动带电黑洞周围时空中的自发辐射.得到了自发辐射的能量条件,它不仅依赖于黑洞的质量、电荷和加速度,还与黑洞视界的变化有关,与黑洞视界附近的四维电磁势有关.     

带电磁荷直线加速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直线加速动态黑洞周围时空中标量粒子的能量分布,得到了黑洞发生非热辐射的能量条件.此条件不仅依赖于黑洞的质量、电荷、磁荷和加速度,还与黑洞视界的变化有关,与黑洞视界附近的四维电磁势有关.在黑洞视界附近,能量处于μ＜ω＜ω0的负能粒子,将由于量子隧道效应而穿过禁区,产生一种与温度无关的非热辐射.     

带有电荷、磁荷的直线加速黑洞时空背景下标量粒子的能级

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直线加速动态黑洞周围de-sitter背景时空中标量粒子的能量分布．它不仅依赖于黑洞的质量、电荷、磁荷和加速度，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.     

含整体单极子的Vaidya-de Sitter黑洞的隧穿效应及辐射修正谱

将Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法推广到含整体单极子的Vaidya-deSitter黑洞.注意到Hawking辐射是黑洞事件视界附近由于真空涨落而引发的一种量子隧穿,在考虑辐射粒子自引力作用的情况下,计算了粒子的隧穿率及其相应的辐射修正谱,结果满足量子理论的幺正性定理.     

Vaidya-Bonner黑洞的隧穿效应及出射修正谱

 将Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法推广到动态Vaidya-Bonner黑洞.注意到Hawking辐射是黑洞事件视界附近由于真空涨落而引发的一种量子隧穿,在考虑辐射粒子自引力作用的情况下,计算了粒子的隧穿率及其相应的出射修正谱,结果满足量子理论的幺正性定理.     

静态dilaton黑洞的信息熵

依据全息原理, 通过计算Garfinkle-Horowitz-Strominger dilaton黑洞事件视界上量子场的统计熵, 得到了该黑洞的信息熵和Bekenstein-Hawking熵公式, 表明黑洞熵就是其事件视界上量子场的统计熵. 利用广义不确定关系对量子态密度的修正效应, 克服了普通量子场论中态密度在视界附近的发散困难, 避免了黑洞熵热气体方法中的截断和小质量近似; 对该静态dilaton黑洞事件视界上有质量标量场的微观态数进行直接求解, 给出了全息原理的一种具体说明. 用留数定理克服了计算中的积分困难, 所得的结论是定量成立的. 与圈量子引力中的黑洞熵理论相比较, 分析了在全息原理要求下非对易量子场论与圈量子引力在黑洞熵计算方法和结论上的一致性, 给出了广义不确定关系中的引力修正常量值, 讨论了全息原理的意义.     

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.     

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。     

霍金隧穿辐射的研究

运用量子力学中的WKB方法和隧穿效应对Hawking辐射中粒子在黑洞视界附近的径向运动进行讨论.然后以史瓦西黑洞为例,运用Parikh和Wilezek的方法计算出粒子的隧穿几率并发现这种几率跟黑洞熵的变化量有关,这一结论满足潜在的幺正原理.     

Gauss-Bonnet引力中黑洞的膜范式

对于一个黑洞视界外部的观察者来说,黑洞视界表面的动力学性质与一个流体膜的表现非常相似.本文将膜范式推广到了Gauss-Bonnet引力,推导了视界表面的应力张量,计算了流体的输运系数,最后计算了Gauss-Bonnet引力在具体度规下的流体输运系数的修正.期望在其他的修正引力中黑洞视界有着同样的流体性质.     

yt量子引力效应下费米子隧穿行为的研究

考虑到量子引力效应,对五维史瓦西黑洞时空中费米子的隧穿行为进行了研究.其研究结果表明,黑洞温度不仅由黑洞本身决定,同时,也受费米子的能量、质量以及额外维影响.量子引力修正减缓温度的增加,这将导致残余物质的存在.     

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.     

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     

关于黑洞热力学第0定律

分析了JDBekentein黑洞热力学第0定律的基本矛盾.根据热力学中第0定律的本质含义,Bekentein黑洞热力学第0定律中引入的温度并不具有通常意义下的热平衡传递性.因此Bekentein黑洞热力学第0定律并不满足一般热力学第0定律的基本要求.若把引力场对时空弯曲的因素考虑在内,则在黑洞视界内可以形式地引入一个能在视界内保持“热平衡传递性”的温度,即视界温度.然而这个温度不是任意的,而是受动力学参量——视界引力加速κ 完全控制的温度.因此黑洞热力学中温度的传递性不仅局限于黑洞视界面上,而且还只能对由κ 所决定的视界温度才具有热平衡的传递性.即使这样,由于纯引力场能量是负定的,因此由视界引力加速度κ 决定的温度也必然是负定的,而不可能是正定的.     

来自柱对称黑洞的量子隧穿辐射

运用隧穿理论,对anti—de Sitter时空下的柱对称黑洞的Hawking辐射进行了研究,得到了在其外视界附近标量粒子和自旋为1／2的费米子的隧穿率和该黑洞视界处的霍金温度,并考虑了在背景时空发生变化和自引力相互作用下对其隧穿率的修正．     

Kerr和Kerr-Newman黑洞中的一般性隧穿辐射

Hawking辐射可以看作是黑洞视界面附近的一个量子隧穿过程．当一个带有角动量L≠ωa的粒子穿过Kerr或Kerr-Newman黑洞的事件视界时,黑洞单位质量的角动量a将发生变化．通过计算这种一般情况下类光粒子的透过率,发现其结果仍然符合幺正性理论的要求．     

修正后的Reissner-Nordstrom黑洞的温度

精确到一阶近似MRN黑洞的内外视界的半径被求出,通过计算出MRN黑洞的表面引力,进而得出了MRN黑洞的温度.最后将结果与RN黑洞的温度进行比较.