扩展相空间中黑洞霍金辐射和阴影研究
广义相对论成功地预言和描述了黑洞，人们对黑洞的研究从未停止过。其中，黑洞霍金辐射的发现是理论物理学科的一个重要发现，它将广义相对论、量子力学和热力学紧密地联系起来，并建立起了黑洞热力学。而最近在黑洞热力学中，通过将宇宙学常数Λ视为一个动态变量，人们引入了热力学压强的概念，并将负的宇宙学常数解释为热力学压强，从而相空间得到了扩展，黑洞热力学定律得到完善，并且展现出丰富的相结构。在这个扩展的热力学相空间中，虽然得到了许多有趣的物理现象，但在扩展相空间中黑洞霍金隧穿辐射行为仍然是未知的。另一方面将宇宙学常数视为动态研究其变化对黑洞阴影的影响或许能为将宇宙学常数视为动态变量提供证明。在本文中，将宇宙学常数视为动态变量来处理，以此研究扩展相空间中黑洞的霍金辐射以及当宇宙学常数的值发生变化时对黑洞的光线轨迹和阴影的影响。本文的主要研究内容与结论如下： （1）通过将宇宙学常数Λ视为动态变量，将其解释为热力学压强P，黑洞热力学相空间得到扩展。采用 Parikh -Wilczek 量子隧穿方法求解扩展相空间中黑洞粒子穿越事件视界的概率，以探索霍金辐射在更广泛物理背景下的行为。以三种不同的黑洞为模型研究黑洞霍金辐射行为。结果表明即使在扩展相空间中，将热力学压强考虑进粒子穿越视界的隧穿率的计算中，得到的粒子出射光谱也并非纯热谱，偏离了纯热谱，这与派瑞克等人得到结果相似，并且出射粒子穿越黑洞视界的概率仍与黑洞贝肯斯坦-霍金熵熵差有关，满足量子力学中的幺正性原理，支持了信息守恒。霍金辐射作为黑洞热力学成立的证据，侧面证明了将负宇宙学常数解释为热力学压强的概念是合理的。从而进一步完善了黑洞热力学的理论框架，同时丰富了黑洞的相结构。这为我们更深入地理解黑洞、量子场论和引力理论之间的联系提供了一方面的理论基础。 （2）通过理论分析和数值模拟方法，研究宇宙学常数和电荷值发生变化时对Reissner-Nordstrom AdS黑洞附近光线轨迹和黑洞阴影产生的影响。通过测地线方程推导出有效势能函数，并且绘制了光线的轨迹图以及在静态吸积下黑洞阴影图像。我们发现，随着宇宙学常数的增大，黑洞事件视界半径和临界碰撞参数的数值增加，黑洞在向外扩张，但光子环的位置不变；而随着电荷的增加，黑洞事件视界半径、阴影半径和临界碰撞参数的数值减小，黑洞的光子环向内收缩。此外，随着宇宙学常数的增大，黑盘的半径更大，在黑洞附近的光线偏转更大，而电荷的增加会导致黑洞附近的时空曲率增加，进而导致光线更弯曲，阴影观察到的强度更大。
黑洞;霍金辐射;光线轨迹;阴影分析;扩展相空间;宇宙学常数
重庆交通大学
硕士
力学
曾晓雄
2023
中文
P145.8
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）