黑洞简史:(五)黑洞热力学四定律 不指定

positron , 2012/09/02 14:56 , 黑洞 , 评论(0) , 阅读(2703) , Via 本站原创 | |
    

经过大量科学家多年的研究,终于得到下述思想:黑洞决不是一种永久的隐藏物质而毫无生气的物体。由于它具有质量、电荷,更重要的是它的角动量,黑洞是一个动力学系统,它能够受力和施力,能够吸收和提供能量,也就是随着时间变化的。

因为和热力学定律有意思的联系,黑洞动力学也称为黑洞热力学。热力学中的一个状态一般可以用两个参量来表征:温度和熵(熵是表示系统混乱程度的一个量,通俗的说,一间教室,里面有很多人,如果所有人都整体地坐在位子上,比较整齐,对应熵比较小的状态,如果是随意地坐着或站着,没有规律性,比较乱,对应熵比较 大的状态),其他宏观量都作为温度和熵的函数而变化。同样黑洞的动力学状态也由两个参量表征,一个是黑洞的表面积,即对事件视界的量度;另一个是表面引力,即对事件视界上引力加速度的量度。由于黑洞的平衡态只依赖于质量、角动量和电荷三个参量,黑洞的面积和表面引力也就可以表示为这三个参量的函数。黑洞热力学也总结了四条定律,和热力学四定律对应,称其为黑洞动力学或黑洞热力学四定律。

第零定律:平衡态的黑洞事件视界面上所有点都有相同的表面引力。这对应于热力学的第零定律或热平衡定律:在热平衡状态下,系统各处都具有相同的温度。也就是说,对黑洞而言,无论黑洞的表面即事件视界是何种曲面,黑洞表面的引力总是处处一样的。这与其他有自转的天体,如我们的地球,中子星等,不同,因为趋向扁平,两极上的引力要比赤道面上的引力强。

第一定律:黑洞的质量、表面积、角动量、电荷等参量,其相互关系可以写成一个公式,这个公式与热力学第一定律具有相同的形式。

第二定律:实际上就是霍金的面积定律,即黑洞的表面积绝不会随着时间减小。对应于热力学第二定律:孤立系统的熵永不减少。

第三定律:黑洞的表面引力不可能为零。对应于热力学第三定律:绝对零度不可能通过任何有限的物理过程达到。

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参考资料:

《广义相对论与现代宇宙学》,南京师范大学出版社,须重明,吴雪君著。

http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole_thermodynamics

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