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引力场中的轨道效应和黑洞的量子隧穿效应

作　者: 龚添喜
导　师: 王永久
学　校: 湖南师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 引力场整体单极子轨道效应黑洞暗能量量子隧穿
分类号: P145.8
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着广义相对论引力效应不断被实验观测所验证,Einstein的广义相对论已成为公认的经典理论。同时,随着科学技术的发展,更多的引力效应被观测到和被验证。引力场中的轨道效应就是其中的一类。其极限情况光子的轨道效应(引力场中光线的偏转)更是广义相对论的四大经典实验验证之一。在第二章中,我们运用一种优美的数学方法,计算了带有电荷和整体单极子的中心质量的引力场中的轨道进动效应。通过对所得结果的分析,我们发现,由于整体对称性破缺,轨道进动效应将增强,但由场源的电荷引起的轨道进动效应削弱了由场源的质量引起的相应效应。我们推广了Schwarzschild场中的轨道效应,通过对天体参数的讨论,得到了相应天体的轨道进动效应,为广义相对论提供了一种可能的实验验证。我们还计算了带有电荷和磁荷的旋转场源外部稳态时空中光子的轨道效应。通过对所得结果的分析,我们发现电荷所引起的光子轨道偏转效应减小了由场源质量所引起的光子轨道偏转效应,但由场源的旋转所引起的相应偏转效应依赖于源的旋转方向与光子运动方向之间的夹角。我们通过对相应的天体参数的讨论得到了一系列有意义的结果。第三章介绍了黑洞基本热力学性质,并分别运用Bogoliubov法和Damour-Ruffini(D-R)方法证明了黑洞存在热辐射—Hawking辐射。第四章研究了黑洞的量子隧穿效应—将Hawking辐射看成穿过视界的隧穿过程,进行了直接的推导,得到了隧穿效率表达式。我们运用Keski-Vakkuri, Kraus and Wilczek(KKW)的分析方法计算被暗能量包围的黑洞的温度和熵,其温度和熵不同于相应的Hawking温度和Bekenstein-Hawking熵。我们得到的结果提供了一种处理信息疑难的可能机制—因为该辐射谱不再是纯热谱。最后,我们运用由Banerjee和Majhi所发展的非WKB近似的Hamiliton-Jacobi方法,计算了被暗能量包围的黑洞的温度和熵,即修正后的温度和熵。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
第一章绪论  10-30
  §1.1 引力效应  13-14
  §1.2 整体单极子  14-16
  §1.3 暗物质与暗能量  16-30
    §1.3.1 宇宙动力学方程和临界密度  16-19
    §1.3.2 暗物质  19-23
    §1.3.3 暗能量  23-30
第二章引力场中的轨道效应  30-50
  §2.1 实验粒子的短程线运动  31-33
  §2.2 球对称引力场中近日点的进动效应  33-34
  §2.3 带有整体单极子的R-N场中的进动效应  34-38
  §2.4 KNK场中的进动效应  38-42
    §2.4.1 Kerr时空  38-39
    §2.4.2 Kerr-Newman-Kasuya(KNK)时空  39-42
  §2.5 KNK场中的偏转效应  42-48
    §2.5.1 极端相对论粒子的轨道  42-45
    §2.5.2 轴对称时空中光子的轨道效应  45-48
  §2.6 小结  48-50
第三章经典黑洞热力学性质  50-90
  §3.1 描述黑洞的参量  51-53
  §3.2 经典黑洞的面积不减定理  53-61
  §3.3 经典黑洞的温度和熵  61-71
  §3.4 黑洞的辐射  71-88
    §3.4.1 Bogoliubov法对黑洞热辐射的证明  72-80
    §3.4.2 D-R法对黑洞热辐射的证明  80-88
  §3.5 小结  88-90
第四章黑洞的量子隧穿辐射及霍金辐射修  90-110
  §4.1 Parikh和Wilczek的量子隧穿方法  92-95
  §4.2 黑洞的量子隧穿辐射  95-98
    §4.2.1 Painleve坐标  95-96
    §4.2.2 通过视界的隧穿  96-98
  §4.3 黑洞的霍金辐射修正  98-108
    §4.3.1 径向测地线方法  100-101
    §4.3.2 非半经典近似的Hamilton-Jacobi方法  101-106
    §4.3.3 Hawking温度和Bekenstein-Hawking熵的计算  106-108
  §4.4 小结  108-110
第五章总结与展望  110-112
参考文献  112-122
攻读博士学位期间发表的论文  122-123
致谢  123-124

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