黑洞的熱力學(xué)性質(zhì)和其奇異性是黑洞的兩個(gè)重要問(wèn)題。在黑洞熱力學(xué)問(wèn)題方面,本文主要關(guān)注的是黑洞熵。黑洞熵的起源至今沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論。對(duì)黑洞熵起源的不同解釋對(duì)應(yīng)著不同的模型和計(jì)算方法。本文通過(guò)引入比較流行的磚墻模型和薄膜模型對(duì)黑洞熵的起源進(jìn)行了探討,其中薄膜模型是磚墻模型的改進(jìn)方法。然而這兩種方法都存在著天然缺陷,即為了滿足貝肯斯坦-霍金熵,它們都需要人為的截?cái)嘁蜃�。除此之�?薄膜模型還包含半經(jīng)典條件失效的可能性。本文的第二章嘗試解決這兩種模型中存在的問(wèn)題。在2.2節(jié)中通過(guò)引入廣義不確定關(guān)系對(duì)薄膜模型做了修改,分別計(jì)算了靜態(tài)Schwarzschild-de Sitter黑洞和動(dòng)態(tài)Vaidya黑洞的熵,計(jì)算中天然消除了人為引入的截?cái)嘁蜃?轉(zhuǎn)變?yōu)橛珊诙醋陨砗妥钚〕叨葋?lái)決定的自然的截?cái)嘁蜃?并且給出了最小尺度的可能大小。另外,本文在2.3節(jié)中利用廣義不確定關(guān)系在其他黑洞中的普遍結(jié)論對(duì)薄膜模型的兩個(gè)自由參數(shù)進(jìn)行了修改,并利用普朗克尺度和廣義不確定關(guān)系探討了改造后的計(jì)算方法和黑洞本身存在的關(guān)聯(lián),其參數(shù)要求與黑洞自身的存在性要求是自洽的,即它們都對(duì)黑洞質(zhì)量有相同的要求,同時(shí)這一要求也確保了半經(jīng)典條件的有效,這一改進(jìn)也使該模型具有了充實(shí)的物理意義。在2.4節(jié)中考慮了黑洞事件視界和宇宙學(xué)視界之間熵的糾纏性,這種糾纏在之前的研究中都是被忽略的,并對(duì)黑洞存在的總熵進(jìn)行了修正,增加了一個(gè)額外項(xiàng),并發(fā)現(xiàn)黑洞的總熵在考慮額外項(xiàng)之后,其兩個(gè)視界面在互相接近時(shí)黑洞總熵將趨于發(fā)散,這是一個(gè)新的結(jié)果。黑洞的奇異性是黑洞穩(wěn)定的根本前提,也是宇宙學(xué)中的重要問(wèn)題。宇宙監(jiān)督假設(shè)認(rèn)為,宇宙中不存在裸露在視界之外的奇點(diǎn),但該假設(shè)一直都沒(méi)有被證明。本文第三章采用向黑洞投入試探粒子這一假想實(shí)驗(yàn),來(lái)檢測(cè)黑洞吸收試探粒子之后,是否可以通過(guò)改變黑洞的質(zhì)量、電荷量或角動(dòng)量,使其視界消失,從而導(dǎo)致奇點(diǎn)裸露。又或者,是否存在某種機(jī)制,導(dǎo)致本可能被破壞的黑洞因?yàn)檫@個(gè)機(jī)制而不會(huì)被破壞。本文在3.2節(jié)中針對(duì)三維Peldan黑洞在極端情況和近極端情況分別進(jìn)行了計(jì)算,并發(fā)現(xiàn)該黑洞在吸收了恰當(dāng)能量的粒子之后,黑洞會(huì)被破壞掉,其奇點(diǎn)會(huì)裸露在視界之外,這是對(duì)宇宙監(jiān)督假設(shè)的挑戰(zhàn)。造成這一現(xiàn)象的原因可能是沒(méi)有考慮輻射和自引力等情況。在3.3節(jié)中引入了暗能量模型的Quintessence項(xiàng),并發(fā)現(xiàn)原本可能會(huì)被破壞的Reissner-Nordstr?m黑洞在加入Quintessence之后便不能再被破壞。這一結(jié)果可能說(shuō)明宇宙中應(yīng)當(dāng)存在著暗能量,這也可以說(shuō)是對(duì)暗能量的Quintessence模型的支持。
【學(xué)位單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P145.8
【部分圖文】：

洞在兩個(gè)視界上的積分區(qū)域示意圖。事件視界 的磚墻區(qū)域?yàn)?η 處為 η 。采用的 和 很小， 在視界附近將變得趨近于 ，相應(yīng)的視界的分別熵變?yōu)?= ( ) = ( ) ( ) = ( ) =

，黑洞的熵為 = ( 個(gè)結(jié)果可以看到，計(jì)算結(jié)果依然可以回歸到貝肯斯坦-霍金熵。另外，中可以看到， 只與黑洞的質(zhì)量 有關(guān)。當(dāng)質(zhì)量增大時(shí)， 就相應(yīng)的的質(zhì)量是一個(gè)有限的值，所以 不可能為 。這就保證了半經(jīng)典條引入的 應(yīng)該是一個(gè)小量，這里將相應(yīng)的數(shù)值帶入式 ( ) 中， 對(duì) 定性的進(jìn)行檢查。由此，式 ( ) 變?yōu)?= = ( ，它純粹是質(zhì)量的函數(shù)，且與質(zhì)量成反比。 η 的函數(shù)見(jiàn)圖 2。

=Ё ( ) ( 為在事件視界上所取的薄膜的厚度。如果選擇截?cái)嘁蜃訛?( )= Ё =Ё (( ) 變?yōu)?= ( = 為事件視界的面積。這個(gè)結(jié)論依然與貝肯斯坦-霍金熵 = (= ( )( ) 和 = 代入 ( Ё) 中，并粗糙 ，取 = ，則可以得到 η 的圖像，如圖 3 所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 楊學(xué)軍;趙崢;;無(wú)截?cái)啾∧つＰ团cDirac場(chǎng)的黑洞熵[J];物理學(xué)報(bào);2011年06期

2 史旺林,劉興業(yè),劉振興;Vaidya-Bonner-de Sitter黑洞對(duì)狄拉克粒子的熱輻射[J];物理學(xué)報(bào);2004年07期

3 劉文彪,趙崢;非熱平衡Schwarzschild-de Sitter黑洞的熵[J];數(shù)學(xué)物理學(xué)報(bào);2003年02期

4 宋太平,侯晨霞,史旺林;Vaidya-Bonner黑洞的熵[J];物理學(xué)報(bào);2002年06期

本文編號(hào)：2875956