修正引力、熵力及黑洞热力学

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本文探讨了引力理论和黑洞物理中的几个问题:   一、Horava-Lifshitz引力理论是一种非相对论性幂指数重整化的引力理论,可以看作广义相对论的紫外(UV)完备理论。我们完成了两个相关的工作:   (1)探究Horava-Lifshitz引力理论的三大经典实验验证,并将其与广义相对论结果对比。判别一种修正引力理论的可行与否可以采用类似于广义相对论的经典实验验证的方法,在该修正引力框架下以渐近平直球对称度规为时空背景,计算其三大经典实验验证,将得到的结果与广义相对论做对比。其可行性的必要条件是结果应该满足在特定极限下必须回到广义相对论的结果。将得到的对广义相对论进行修正的结果进行分析,解释广义相对论中的困难,此外也可以通过与观测数据的对比限定该修正引力理论中参数的取值范围。   (2)研究Horava-Lifshitz引力理论框架下的黑洞解的霍金辐射及黑洞热力学,采用Damour-Ruffini方法我们计算了黑洞的霍金辐射温度,发现在该修正引力理论框架下温度与表面引力仍满足与广义相对论相同的规律,并讨论其黑洞热力学性质。   二、关于黑洞热力学,我们完成了如下几个方面的工作:   (1)采用Parikh的隧穿方法计算Vaidya黑洞表观视界上的霍金辐射。经过计算,当不考虑粒子的反作用时,得到精确的黑体谱,并且黑洞热力学定律在表观视界上成功地建立起来。然后,我们考虑表观视界附近的一个含时扰动,用同样的方法可以得到温度不同于表观视界情形下精确的黑体谱,热力学定律同样在不同于表观视界的另一超曲面上建立起来。同时,我们发现事件视界恰好就可以看作这样的微扰后的一个超曲面,因此,我们可以说热力学实质上是建立在表观视界上,而事件视界可以看成其微扰。   (2)采用Nation等的朗道尔传输模型,将黑洞的霍金辐射看成是一维量子输运过程。在将其推广到电化学势非零的(2+1)维旋转BTZ黑洞时,通过计算霍金辐射的能流及电流,我们发现,总能流应包括热流及由化学势导致的流两部分的贡献,且结论与从反常观点得到的结论相同。此外,我们还发现在退化极限下,得到的最大能流和熵流不依赖于粒子的统计属性。   (3)我们将黑洞看成一个理想的黑体系统,采取一种简单而直观的“体积”的定义方式,通过对比其从能量的角度和熵的角度定义的一致性来衡量定义的合理性,从而发掘黑洞的本质属性。经过研究我们发现以一种“动态”的方式定义体积比“静态”更为合理。这一点能让我们更深刻的认识到黑洞从其热力学属性的本质上看应该是动的。   三、越来越多的证据表明引力和热力学之间存在深刻的联系。受Jacobson、Verlinde等人工作的启发,我们借用信息熵理论及吉布斯统计系综理论,考虑一个一般的多自由度经典力学系统,从信息熵取极值可以推导出动力学系统的哈密顿方程。
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