AdS黑洞与边界条件

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爱因斯坦所提出的广义相对论是当下主流的引力理论之一,而黑洞则是广义相对论中所预言的神秘天体。同时,黑洞解作为爱因斯坦场方程的解,其黑洞物理的相关物理问题也是时下物理学领域及天文学、宇宙学等方面的前沿热点之一。从二十世纪七十年代史蒂芬·霍金提出黑洞蒸发的假设之后,人们更是将量子理论纳入到了黑洞物理的研究中去。同时,随着黑洞热力学的提出,这使得科研工作者们能够进一步考察黑洞在热力学及其相关方面的基本性质和典型特征。霍金辐射作为黑洞热效应中的重要方面之一,霍金辐射下的黑洞演化问题便成为了我们关注的对象。因此,本文主旨在于阐述Anti-de Sitter(AdS)时空背景下通过设置不同边界条件考察黑洞蒸发的动态演化过程,并精炼其物理性质特征与基本物理规律。简而言之,因为AdS时空所存在的特殊时空因果结构,从黑洞中辐射出的粒子并非像其他时空一样只会单纯的发出“辐射”。相反,根据AdS时空无穷远边界处所设置的边界条件,它们会对黑洞产生不同的影响。通过选择AdS时空的不同拓扑条件,我们可以看到在完全吸收边界条件下与完全反射边界条件下的AdS黑洞蒸发产生了截然不同的演化效应。并且,完全反射边界条件相比完全吸收边界条件,它的物理模型构建更加复杂。首先,我们需要通过Stefan-Boltzmann方程从热力学的角度构建黑洞的演化方程,通过求解延迟微分方程来模拟从黑洞辐射出的粒子再次回到黑洞的往返情况,这是一个动态循环过程。因此我们构建了固定粒子往返时间t*的简化模型与不固定往返时间t*的随动模型,并依次考察在两种不同模型下的物理特征及其运动规律,尤其是黑洞到达宏观稳定状态时所反映出的机理特征。同时,我们还分析了所获得的数据背后的物理内涵,来判断是否符合我们最初的物理预期以及模型的可行性。通过两种模型的相互比较,我们发现,在k=0的AdS时空背景下的黑洞,通过设置完全反射边界条件,最终黑洞会达到一个宏观的动态平衡状态。在黑洞初期发生质量衰减的阶段,黑洞质量的演化图像也会呈现出一个逐步递减的动态震荡过程,在此震荡之下,黑洞最终趋于“稳定”。另外,我们也寻找到了大黑洞演化为小黑洞的特殊情况,并总结归纳了在不同参数条件下黑洞处于演化过程中的规律特征与性质特点,重新定义了黑洞到达热平衡的稳定条件。这也为接下来我们进一步考察AdS黑洞辐射演化与相关热力学问题打下了良好的基础。
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