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黑洞温度修正与黑洞寿命的研究

作　者: 邱建杰
导　师: 张靖仪
学　校: 广州大学
专　业: 天体物理
关键词: 黑洞霍金辐射量子隧穿温度修正黑洞寿命
分类号: P145.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 52次
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内容摘要

黑洞的霍金辐射是理论物理学科的一个重要发现，它是广义相对论、量子力学以及热力学的结合产物。1970年霍金突破性的提出面积定理，指出黑洞的表面积随着时间的推移只会增大而不会减小。1972年贝肯斯坦提出，黑洞是一个热力学系统，黑洞的表面积就是黑洞的熵，因此黑洞的视界表面积与黑洞的熵成正比[1]。1974年霍金利用弯曲时空的量子场论，从理论上证明黑洞具有热辐射，即著名的霍金辐射，并给出了黑洞的温度。霍金的发现进一步证实了黑洞并不是一个死了的恒星，它正在演化，是一个热力学系统[2]。对黑洞熵的研究是理论物理学界感兴趣的课题之一。为了讨论其统计起源，1985年，t‘Hooft提出了计算黑洞熵的砖墙模型[3-8]，2000年，北京师范大学引力组提出了改进的砖墙模型[9,10]---薄层模型[11,14]。这种模型推断黑洞熵来自视界面附近一个薄层的量子场的贡献。无论是砖墙模型还是改进的薄层模型，都认为黑洞熵正比于黑洞视界面积。最近的研究表明，考虑到视界附近的量子效应，黑洞熵应增加两个高阶修正项[15,17]，利用修正之后的黑洞熵公式就可以对黑洞的温度进行修正，并且在修正黑洞温度的情况下可以利用斯特藩-玻尔兹曼定律重新计算黑洞寿命。利用黑洞熵的高阶修正还可以讨论由此而产生的一系列相关问题。本文在总结了硕士研究生阶段的研究工作，即在利用黑洞熵量子修正的前提条件下，对黑洞温度以及黑洞寿命变化进行了修正性的推导计算。研究发现，黑洞蒸发到普朗克质量时，温度将出现无限大，再减小质量时将出现负温，此时黑洞熵也将出现极小值。本文共分三章，其具体内容包括：第一章简要介绍了黑洞研究的历史以及霍金辐射机制的由来以及研究背景，并介绍了量子隧穿的几种模型的理论基础以及其发展历史。第二章在黑洞熵具有量子修正的情况下，对黑洞温度进行更加精确的修正，并对由此引起的黑洞寿命变化做了重新计算。另外还讨论了在黑洞质量变化时，相对应的黑洞温度以及黑洞热容的变化趋势。第三章对本文的工作进行总结和展望，并提出了今后工作的相关设想。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-27
  1.1 黑洞的温度与热辐射  13-18
    1.1.1 黑洞的力学性质  13-14
    1.1.2 霍金辐射的物理机制  14-17
    1.1.3 黑洞的演化  17-18
  1.2 黑洞的熵与薄膜模型  18-20
  1.3 PARIK模型  20-27
第二章黑洞温度修正与黑洞寿命的研究  27-41
  2.1 黑洞温度修正  28-33
  2.2 黑洞的熵随质量的变化关系  33-36
  2.3 黑洞的温度随质量的变化关系  36-37
  2.4 黑洞的热容随质量的变化关系  37-39
  2.5 黑洞的寿命  39-41
第三章总结  41-42
参考文献  42-47
攻读硕士期间发表/待发表论文  47-48
致谢  48-53

黑洞温度修正与黑洞寿命的研究

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