“黑洞分子”假說, 即把黑洞視界面劃分成若干普朗克面積大小的“像素”, 這些“像素”對應於“黑洞分子”
熱穩定Schwarzschild anti-de Sitter黑洞：黑色曲線表示Schwarzschild anti-de Sitter黑洞的溫度與熵的關係圖(分別以溫度和熵的最小值為單位), 其中的黑色圓點表示熱穩定Schwarzschild anti-de Sitter黑洞(等壓熱容CP>0).
隨著引力波的首次探測與發現, 黑洞, 這個具有神秘色彩的客觀物體在大眾中引起了廣泛的討論與興趣。對於科學家而言, 黑洞是能夠承接量子力學和廣義相對論的重要橋樑。一直以來, 黑洞的微觀結構是科學家面臨的一個巨大難題。最近的一項研究成果從熱力學的角度初步揭示了黑洞的微觀之謎。
相關的研究論文題目為“Interaction potential and thermo-correction to the equation of state for thermally stable Schwarzschild anti-de Sitter black holes”, 該成果發表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 2019年第1期, 由南開大學物理科學學院繆炎剛教授及其博士生許震明共同完成。
從熱力學的角度研究黑洞已成為不可爭論的事實。大量的研究表明, 黑洞具有溫度和熵, 同時在一定的條件下能夠發生相變。那麼探索黑洞的微觀結構就成為了一個很自然的、急需解決的重要研究問題。從數學的角度, 科學家利用弦論、超對稱理論來解釋黑洞的微觀結構；從熱力學的角度, 科學家提出了“黑洞分子”(圖1)和“時空原子”的假設來探索黑洞的微觀行為。這兩方面的研究都取得了一定的進展。
該研究採用Ruppeiner熱力學幾何的方法, 結合“黑洞分子”假設和微觀粒子數密度的概念, 完全從熱力學角度研究了熱穩定Schwarzschild anti-de Sitter黑洞(圖2)的微觀行為, 給出了該黑洞微觀行為的一個很自然的解釋。該研究指出, 在該黑洞內部, 黑洞分子之間的相互作用力是以吸引力為主。同時首次提出“黑洞分子勢”的描述, 並且給出了熱穩定Schwarzschild anti-de Sitter黑洞的分子勢的具體表達式及其合理性、有效性的分析。另外, 基於提出的分子勢描述, 該研究計算了分子勢對於黑洞物態方程的修正, 並且分析了修正項的合理性。
該研究中“分子勢”的提出具有新穎性和創新性, 一方面豐富了黑洞熱力學的研究內容和研究深度, 另一方面為探索黑洞微觀結構提供了一個新的視角, 具有重要的科學意義和參考價值。
閱讀更多 智慧黑科技 的文章
