文档介绍：凝聚态物理专业优秀论文黑洞附近粒子的辐射
关键词:黑洞可观测量量子视界粒子辐射
摘要:1915年,爱因斯坦提出了一个全新的理论——广义相对论,给出了描述时空、质量和引力的场方程,指出万有引力是时空弯曲的表现,预言了黑洞的存在。1916年,史瓦西首先给出了场方程的一个严格解,进而给出了真空中球对称、无电荷的静态黑洞模型,其后,理论物理学家们给出了多种形式的黑洞模型。根据经典理论,黑洞是一个“只进不出”的系统,黑洞以外的人们无法观测到黑洞内部的情况,这给黑洞的研究带来了很大的困难。二十世纪七十年代,英国著名物理学家Hawking证明了黑洞存在热辐射,从而确认了黑洞具有热性质;此后,Starobinsky与Unruth证明了对于转动或带电黑洞,不仅具有热辐射,还存在着自发辐射。从此关于黑洞的辐射成了人们研究的热点问题之一。黑洞物理学的研究,是一个基础理论的研究,它涉及到物理学基本定律与时空理论之间的内在联系,已成为包括量子力学、广义相对论、热力学与统计物理学和天体物理等多学科交叉课题,深入研究黑洞,对进一步认识宇宙的结构、形成及演化,有着重要的意义。在传统研究方法的基础上,正在用量子力学的方法对黑洞进一步研究。黑洞的存在与否,一开始就存在很大争议,对于相信黑洞存在的人们来说,能够观测到黑洞是最直接的证明。要想观测到黑洞,必须找出黑洞的可观测量。研究黑洞的辐射,正是寻找黑洞可观测量的一种方法。 2004年t Hooft提出了黑洞量子视界的概念,人们对黑洞的量子化作了初步的尝试。Gour G等利用正则变换成功的计算了Kerr—Newmann黑洞的面积谱,李翔等人也给出了视界的面积谱、质量谱,同时国内也开展了对于黑洞熵、熵密度、熵流、辐出度等问题的研究。近年来,利用圈量子理论和准正则模对黑洞的量子化进行了研究。通过这些方法,研究黑洞的可观测量,为寻找黑洞提供理论依据。我们采用量子隧穿方法,研究多种黑洞的辐射情况,探索黑洞发生非热辐射时视界附近粒子的能量,为黑洞的信息丢失疑难提供一种可能的解释,进而为寻找黑洞提供理论依据。研究中主要存在的问题是黑洞辐射的内在机理以及与黑体辐射有怎样的联系与区别,黑洞周围的引力场、电磁场对黑洞辐射影响的内在机理等问题。利用Bardeen—Vaidya黑洞、动态Dilaton—MaXWell黑洞、广义球对称带电蒸发黑洞和任意加速带电动态黑洞的时空线元,推导出其逆变形式的度规行列式,根据时空的性质和事件视界的零曲面条件,计算出黑洞的视界面方程;采用广义tortoise变换,根据标量粒子在弯曲时空中运动遵从的Hamilton—Jacobin方程,得到视界面附近标量粒子的能量,计算结果表明粒子的能量不仅与粒子的质量、角动量有关,还与黑洞的时空结构及视界的变化率有关。对粒子的正、负能态的能级进行了讨论,从而找出该黑洞发生自发辐射的条件。同时,利用Dilaton—Maxwell黑洞周围时空,计算出黑洞的视界面方程,构造了零标架,计算出Newman—Penrose旋系数,代入弯曲时空中Dirac粒子的运动方程,从分离变量并退耦后的径向方程和角向方程出发,导出了Dirac粒子的能级方程,得到了粒子的能量分布与粒子的质量、电荷、自旋量子数、角量子数、磁量子数、黑洞周围时空结构及视界变化率的关系,给出了动态Dilaton—Maxwell黑洞自发辐射Dirac粒子的能量条件.
正文内容
1915年,爱因斯坦提出了一个全新的理论——广义相对论,给出了描述时空、质量和引力的场方程,指出万有引力是时空弯曲的表现,预言了黑洞的存在。1916年,史瓦西首先给出了场方程的一个严格解,进而给出了真空中球对称、无电荷的静态黑洞模型,其后,理论物理学家们给出了多种形式的黑洞模型。根据经典理论,黑洞是一个“只进不出”的系统,黑洞以外的人们无法观测到黑洞内部的情况,这给黑洞的研究带来了很大的困难。二十世纪七十年代,英国著名物理学家Hawking证明了黑洞存在热辐射,从而确认了黑洞具有热性质;此后,Starobinsky与Unruth证明了对于转动或带电黑洞,不仅具有热辐射,还存在着自发辐射。从此关于黑洞的辐射成了人们研究的热点问题之一。黑洞物理学的研究,是一个基础理论的研究,它涉及到物理学基本定律与时空理论之间的内在联系,已成为包括量子力学、广义相对论、热力学与统计物理学和天体物理等多学科交叉课题,深入研究黑洞,对进一步认识宇宙的结构、形成及演化,有着重要的意义。在传统研究方法的基础上,正在用量子力学的方法对黑洞进一步研究。黑洞的存在与否,一开始就存在很大争议,对于相信黑洞存在的人们来说,能够观测到黑洞是最直接的证明。要想观测到黑洞,必须找出黑洞的可观测量。研究黑洞的辐射,正是寻找黑洞可观测量的一种方法。 2004年t Hooft提出了黑洞量