欧拉-海森堡(AdS)黑洞的弱宇宙监督假设与焦耳-汤姆逊膨胀

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黑洞,作为一个广义相对论所预言的神秘天体,一直都是备受人们关注的。霍金-佩奇(Hawking-Page)相变的发现,使我们能把黑洞力学与普通热力学联系起来,将黑洞视为热力学系统。近几年来,人们将宇宙常数作为变量引进到热力学第一定律中(宇宙常数作为黑洞系统的压强,黑洞体积作为其共轭量),从而将黑洞热力学与普通热力学进行类比。由于宇宙常数作为热力学变量,热力学相空间因此得到拓展,热力学第一定律在拓展相空间中需要重建。在这样的框架下,与黑洞热力学相关的一些研究得到迅速进展,例如:P-V临界性(P-V criticality),焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)膨胀,弱宇宙监督假设(Weak Cosmic Censorship Conjecture)等。本文对欧拉-海森堡(Euler-Heisenberg)黑洞的弱宇宙监督假设进行检验。首先,我们利用哈密顿-雅可比(Hamilton-Jacobi)方程研究了带电粒子的运动,得到了视界附近能量和动量的关系。然后,在普通的相空间中,通过这种关系检验了黑洞热力学定律和弱宇宙监督假设。通过研究熵的变化dS,我们发现在普通相空间中对于非极端欧拉-海森堡黑洞,dS的值都是正的,这意味着通过考虑粒子的吸收,黑洞热力学第二定律仍然成立。进一步,通过对矩阵函数df的位移进行了研究,我们发现在普通相空间中,对于极端黑洞,df的值等于零;而对于近极端黑洞,df始终为负值。这表明总有视界来隐藏奇点,因此弱宇宙监督假设在普通相空间中总是有效的。在拓展相空间中,我们采用与普通相空间类似的方法研究弱宇宙监督假设,我们发现黑洞热力学第二定律是不满足的。在拓展相空间中,极端黑洞的弱宇宙监督假设总是有效的,但有趣的是,黑洞吸收粒子后会沿负方向移动变为成为非极端黑洞。对于近极端黑洞,吸收粒子后构型未发生变化,因此,弱宇宙监督假设是有效的。接下来,我们研究了拓展空间里欧拉-海森堡AdS黑洞的焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)膨胀。我们利用焦耳-汤姆逊系数的一种表示方法,计算出反转温度,并绘制出的反转曲线。我们发现反转曲线只有一支,而是单调递增的,因此,只有一个最小的反转温度。当固定电荷量Q,在同样的压强下,参数(6越大,反转温度越低。随后,我们研究了欧拉-海森堡AdS黑洞的反转曲线和等焓曲线。等焓曲线的最高点对应于反转曲线的反转点,这意味着我们可以从反转点将黑洞分为加热和冷却区域。在冷却区,等焓曲线具有正的斜率。相反,在加热区,等焓曲线具有负斜率。最后,我们固定参数M,Q,绘制了不同参数a对应的的等焓曲线。我们发现随着参数(6的增加,等焓曲线是增大的。
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