引力和视界热力学及Hawking辐射量子隧穿方法的相关研究

发布时间：2020-04-20 21:10

【摘要】： 引力和视界热力学的关系是理论物理中非常令人感兴趣的问题之一。更为重要的是,近年来联系于视界热力学一些新的性质被发现:Einstein方程在视界上可以作为热力学第一定律的形式出现;在Friedmann-Robertson-Walker(FRW)宇宙表观视界上,时空动力学方程(Friedmann方程)也可以写成一个所谓的统一热力学第一定律的形式;局域定义的FRW宇宙表观视界,也存在着在Kodama矢量观测者看来的Hawking辐射效应。 Hawking辐射是黑洞物理极其重要的一个量子现象,Parikh和Wilczek进一步整理和推广了Keski-Vakkuri和Kraus把辐射解释为粒子经过视界势垒隧穿的思想,称为辐射的Parikh-Wilczek隧穿方法。本文进一步研究了动力学时空FRW宇宙表观视界的Hawking辐射效应,以及动态黑洞模型-Vaidya黑洞和McVittie黑洞表观视界上的热力学,探讨了辐射和视界热力学的关系。 首先,在动力学时空FRW宇宙背景下,发展了超半经典近似的量子隧穿方法,研究了FRW宇宙表观视界的Hawking辐射效应,形式上给出了Hawking温度和熵的高阶量子修正项,Kodama矢量对定义辐射粒子的能量起着关键作用,我们分别用FRW坐标以及类Painlevé坐标给出了详细的分析。 其次,基于静态黑洞时空隧穿方法的一般性研究,那里黑洞的辐射率Γ-exp(ΔS),是视界上热力学第一定律dE_H=TdS+PdV的必然结果,我们在动力学时空FRW宇宙背景下,发展了这种分析。动力学时空与静态时空有着很大不同,我们采用一般性分析方法,从视界上统一热力学第一定律dE_H=TdS+WdV(其中W=(p-P)/2)出发,研究了FRW宇宙表观视界的Hawking辐射效应,形象的表明了在动力学时空下,Kodama矢量观测者意义下的Hawking辐射率Γ-exp(-ΔS),也是其视界热力学第一定律的必然结果。 最后,利用Kodama-Hayward动态黑洞理论,我们研究了两个动态黑洞模型-Vaidya黑洞和McVittie黑洞,分析了表观视界上Hawking辐射。发现对Vaidya黑洞,隧穿方法的一般性分析可以很好的给出辐射率,从而给出辐射谱;对于McVittie黑洞,我们给出了表观视界上的统一热力学第一定律形式,分析发现McVittie黑洞存在内行模式的Hawking辐射效应,这从物理上是难以理解的。我们认为McVittie黑洞的动态特性来源于背景时空FRW宇宙的动态因素,从这个角度也说明了McVittie解并不是严格意义上的动态黑洞解。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P145.8

【共引文献】

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本文编号：2634963