什么是黑洞力学四定理?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/23 08:59:37
什么是黑洞力学四定理?
什么是黑洞力学四定理?
什么是黑洞力学四定理?
这一公式与热力学第一定律表达式非常相似,而且表达的内容也是能量守恒定律.这一公式被称为黑洞力学第一定律.
在热力学中我们知道,并不是所有满足能量守恒的过程都可以实现,只有同时满足第二定律：封闭系统的熵不能减少这一条件才可以实现.熵增原理是一条与能量守恒有同等地位的物理学原理.实践证明,只要忽略这一原理就会不可避免的遭到失败.1971年,霍金在不考虑量子效应,宇宙监督假设和强能量条件成立的前提下证明了面积定理：黑洞的表面积在顺时方向永不减少.真实的时空都满足强能条件,即时空的应力不能太小,由一个公式描述.两个黑洞合并为一个黑洞面积增大,因此可以实现.但一个黑洞分裂为两个黑洞,面积减小,因此即使满足能量守恒也是不可能实现的.在面积定理约束下,两个等质量黑洞合并,若面积不变可以放出约30%的黑洞能量.面积定理很容易使物理学家们联想到第二定律的熵,它是唯一显示时间箭头的物理定律.贝肯斯坦等人通过黑洞的微观分析,认为黑洞的确存在与面积成正比的熵.面积定理是热力学第二定律在黑洞力学中的具体体现.
先介绍一个概念：黑洞的表面引力.表面引力就是将物体放在视界处(若黑洞旋转就认为物体与视界一起旋转,与视界相对静止)受到的引力场强度.一个系统存在熵就存在温度,在视界面积与熵成正比的前提下容易证明表面引力与温度成正比.前几期提到的极端黑洞证明它们的表面引力为零.也就是说,极端黑洞是绝对零度的黑洞.热力学第三定律告诉我们,不能通过有限次操作把温度降到绝对零度.因此可以存在黑洞力学第三定律：不能通过有限次操作把一个非极端黑洞转变为极端黑洞.它与彭若斯的宇宙监督假设是等价的.它是一条独立于第一定律与第二定律的公理.
热力学还有个第零定律：如果物体A与B达到热平衡,B与C达到热平衡,则A与C也一定达到热平衡.如果类比正确,应该指望黑洞存在一条类似的第零定律.目前已经证明稳态黑洞表面引力是一个常数.人们把这一结论称为黑洞力学第零定律.
因此,黑洞表面引力相当于温度,表面积相当于熵.如果是真温度,黑洞就是个热力学系统,应该存在热辐射,但通常对黑洞的理解是一个只进不出的天体,不会有热辐射.因此1973年前霍金等人强调,黑洞温度并不应该看作真正的温度,因此上述定律没有被称为黑洞力学斯定律.然而1973年霍金发现,黑洞存在热辐射,上述四定律的确就是热力学四定律.