引力和視界熱力學及Hawking輻射量子隧穿方法的相關(guān)研究.pdf

1、引力和視界熱力學的關(guān)系是理論物理中非常令人感興趣的問題之一。更為重要的是，近年來聯(lián)系于視界熱力學一些新的性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)：Einstein方程在視界上可以作為熱力學第一定律的形式出現(xiàn)；在Friedmann—Robertson—Walker(FRW)宇宙表觀視界上，時空動力學方程(Friedmann方程)也可以寫成一個所謂的統(tǒng)一熱力學第一定律的形式；局域定義的FRW宇宙表觀視界，也存在著在Kodama矢量觀測者看來的Hawking輻射效應。

2、 Hawking輻射是黑洞物理極其重要的一個量子現(xiàn)象，Parikh和Wilczek進一步整理和推廣了Keski—Vakkuri和Kraus把輻射解釋為粒子經(jīng)過視界勢壘隧穿的思想，稱為輻射的Parikh—Wilczek隧穿方法。本文進一步研究了動力學時空FRW宇宙表觀視界的Hawking輻射效應，以及動態(tài)黑洞模型—Vaidya黑洞和McVittie黑洞表觀視界上的熱力學，探討了輻射和視界熱力學的關(guān)系。 首先，在動力學時空FRW

3、宇宙背景下，發(fā)展了超半經(jīng)典近似的量子隧穿方法，研究了FRW宇宙表觀視界的Hawking輻射效應，形式上給出了Hawking溫度和熵的高階量子修正項，Kodama矢量對定義輻射粒子的能量起著關(guān)鍵作用，我們分別用FRW坐標以及類Painlevé坐標給出了詳細的分析。 其次，基于靜態(tài)黑洞時空隧穿方法的一般性研究，那里黑洞的輻射率Γ～exp(ΔS)，是視界上熱力學第一定律dEH=TdS+PdV的必然結(jié)果，我們在動力學時空FRW宇宙背景下

4、，發(fā)展了這種分析。動力學時空與靜態(tài)時空有著很大不同，我們采用一般性分析方法，從視界上統(tǒng)一熱力學第一定律dEH=TdS+WdV(其中W=(ρ—P)/2)出發(fā)，研究了FRW宇宙表觀視界的Hawking輻射效應，形象的表明了在動力學時空下，Kodama矢量觀測者意義下的Hawking輻射率?！玡xp(—ΔS)，也是其視界熱力學第一定律的必然結(jié)果。 最后，利用Kodama—Hayward動態(tài)黑洞理論，我們研究了兩個動態(tài)黑洞模型—Vaid

5、ya黑洞和McVittie黑洞，分析了表觀視界上Hawking輻射。發(fā)現(xiàn)對Vaidya黑洞，隧穿方法的一般性分析可以很好的給出輻射率，從而給出輻射譜；對于McVittie黑洞，我們給出了表觀視界上的統(tǒng)一熱力學第一定律形式，分析發(fā)現(xiàn)McVittie黑洞存在內(nèi)行模式的Hawking輻射效應，這從物理上是難以理解的。我們認為McVittie黑洞的動態(tài)特性來源于背景時空FRW宇宙的動態(tài)因素，從這個角度也說明了McVit—tie解并不是嚴格意義上