星系內(nèi)黑洞的熵演化

時(shí)間：2022-10-05 18:36:25 物理學(xué)畢業(yè)論文我要投稿

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星系內(nèi)黑洞的熵演化

　　星系內(nèi)黑洞的熵演化

　　摘要在星系中形成的黑洞，自今都有許多爭(zhēng)論，尤其是在黑洞的熵及演化問(wèn)題上，產(chǎn)生了多種學(xué)派，并形成了不一樣的研究理論。

　　本次分析探討了關(guān)于黑洞的熵及演化問(wèn)題的爭(zhēng)論，并在此背景下，提出了星系內(nèi)黑洞熵演化是由“整肅”和“撞擊輻射”兩個(gè)過(guò)程中，熵變化決定的。

　　關(guān)鍵詞星系;黑洞;熵;演化

　　黑洞(Black hole)是根據(jù)現(xiàn)代的廣義相對(duì)論所預(yù)言的，在宇宙空間中存在的一種質(zhì)量相當(dāng)大的天體。

　　黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮而形成。

　　黑洞的稱(chēng)謂源于其類(lèi)似熱力學(xué)上完全不反射光線(xiàn)的黑體。

　　熵的一般意義就是：?jiǎn)适А⑺ヂ洹p耗，表征系統(tǒng)機(jī)能效率的衰減或創(chuàng)造能力下降乃至于喪失，關(guān)于星系內(nèi)黑洞的熵演化，目前一直在探討。

　　1關(guān)于黑洞的熵及演化爭(zhēng)論

　　自20世紀(jì)七八十年代來(lái)，關(guān)于黑洞的熵及演化問(wèn)題，產(chǎn)生了一次劇烈的爭(zhēng)論，主要是來(lái)自?xún)蓚€(gè)學(xué)派之間的爭(zhēng)論，為Bekenstein與Hawking的兩個(gè)不同學(xué)派，兩派的首先在黑洞的視野而積類(lèi)比的爭(zhēng)論上，Bekenstein認(rèn)為可以將黑洞類(lèi)比于黑體，因此，其視界而積就可以類(lèi)比嫡，同時(shí)，其視界而上的引力加速度類(lèi)比成黑洞的溫度，整個(gè)類(lèi)比過(guò)程后，就形成了黑洞長(zhǎng)大的熵增加過(guò)程，為Clausius嫡增加原理。

　　而Hawking的觀(guān)點(diǎn)明確反對(duì)此類(lèi)比的過(guò)程，認(rèn)為黑洞并沒(méi)有任何的隨機(jī)性，而是簡(jiǎn)單性，如果黑洞作為一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)，黑洞就為“無(wú)毛”狀態(tài)，質(zhì)量、角動(dòng)量和電荷就是決定此狀態(tài)的因素，黑洞不存在隨機(jī)性，即沒(méi)有熵的存在。

　　之后，Bekenstein就Clausius嫡增加原理進(jìn)行了反復(fù)的論證，且兩者都提出了各自的觀(guān)點(diǎn)，而是Bekenstein堅(jiān)持認(rèn)為黑洞的Clausius嫡增加原理是符合普遍原理的。

　　隨著Hawking在1972至1976年這個(gè)階段時(shí)期，通過(guò)研究論證，形成了黑洞蒸發(fā)模型，次模型的研究角度是從量子場(chǎng)論為基礎(chǔ)，形成了黑洞蒸發(fā)理論，該模型的結(jié)論恰巧又與Bekenstein相統(tǒng)一，并且Bekenstein認(rèn)為，上述的模型論證，是與類(lèi)比設(shè)相一致，并且證明了兩個(gè)重要觀(guān)點(diǎn)：一是視野溫度表示，而是黑洞熵與視野而積的正比相關(guān)性。

　　整個(gè)爭(zhēng)論過(guò)程，最后發(fā)現(xiàn)，兩者的理論是從兩個(gè)相反的角度出發(fā)，論證了熵增加的過(guò)程，一個(gè)是自發(fā)長(zhǎng)大，一個(gè)是自發(fā)消亡過(guò)程。

　　此爭(zhēng)論的最后結(jié)論都已經(jīng)沒(méi)有論據(jù)可以證實(shí)理論的可行性，主要是由于兩派的理論都排除嫡作為狀態(tài)函數(shù)存在的基本問(wèn)題，其次是物質(zhì)的創(chuàng)生從他們的理論而言，是由熵增加的自發(fā)過(guò)程所引致的結(jié)果。

　　同時(shí)，爭(zhēng)論中也面臨著三個(gè)重要命題需要明確，即Clausius熱力學(xué)第二定律在物質(zhì)演化理論中的普遍適用性如何去判定;Hawking的理論在熵的增加還是減少問(wèn)題上如何認(rèn)定;黑洞自發(fā)性變化過(guò)程中的熵增加與減少的認(rèn)定問(wèn)題。

　　從兩個(gè)學(xué)派的論證中，已經(jīng)對(duì)文獻(xiàn)對(duì)Clausius熱力學(xué)適用性問(wèn)題提出了明確的論證，即該理論并不是絕對(duì)使用所有物質(zhì)演化的過(guò)程，具有一定的條件可行性。

　　2 黑洞形成過(guò)程中需要確定兩個(gè)基本過(guò)程

　　在星系中，黑洞的形成過(guò)程，基本的兩個(gè)過(guò)程具有必然性，首先是在形成過(guò)程中，物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在此過(guò)程中，主要是處于黑洞中心的的引力場(chǎng)，將物質(zhì)粒子的吸入黑洞視界中，即為“整肅”過(guò)程;其次是黑洞視界面引來(lái)的物質(zhì)粒子，具有高速運(yùn)動(dòng)性，沿徑運(yùn)動(dòng)過(guò)程中撞擊黑洞視界面，形成“撞擊輻射”。

　　2.1“整肅”過(guò)程

　　黑洞形成過(guò)程之一是“整肅”過(guò)程，因?yàn)榇诉^(guò)程是發(fā)生在黑洞中心體的引力場(chǎng)作用下，物質(zhì)粒子的引力勢(shì)能與動(dòng)矩是呈現(xiàn)出了一個(gè)無(wú)序分布的粒子系狀態(tài)，在此狀態(tài)中，引力場(chǎng)作用形成了運(yùn)動(dòng)路徑，射入視界運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　所有的粒子在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，是伴隨著其自身特點(diǎn)形成不同的層級(jí)狀態(tài)的，這個(gè)層級(jí)狀態(tài)，根據(jù)的是粒子自身的動(dòng)能，在視界中到達(dá)先后次序來(lái)形成的，此過(guò)程是一個(gè)自動(dòng)分層的過(guò)程。

　　如圖1所示，整個(gè)過(guò)程就是與 “無(wú)毛定理”的結(jié)論相統(tǒng)一的。

　　深入分析可知，在星系中的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的變化，是依據(jù)處于中心體引力場(chǎng)中的粒子具備了一定的動(dòng)矩狀態(tài)，此動(dòng)矩狀態(tài)是有大小和方向，確立了運(yùn)動(dòng)的軌跡是依據(jù)中心體為點(diǎn)，做類(lèi)似于橢圓形狀的軌跡運(yùn)動(dòng)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程也處于持續(xù)變化的過(guò)程，調(diào)整各自的方向，最后的方向確立為中心體的徑向，粒子再沿徑到視界中。

　　粒子從無(wú)序化轉(zhuǎn)變成了有序化的過(guò)程，并形成了粒子系。

　　據(jù)此，可知，“整肅”過(guò)程具備了熱力學(xué)過(guò)程的要素，并且具備了熵變化的元素，最主要的是，本過(guò)程中，由于在星系中，逐步將無(wú)序分布的高熵態(tài)粒子系通過(guò)引力場(chǎng)的作用，運(yùn)動(dòng)軌跡變化后，在視界面中形成了有序分布的低熵態(tài)粒子系，無(wú)序轉(zhuǎn)變成有序過(guò)程，形成了視界面積增加的熵減少過(guò)程。

　　因此，“整肅”過(guò)程中具備了重要的熵減少演化的基本信息。

　　2.2“撞擊輻射”過(guò)程

　　粒子在“整肅”過(guò)程中，不斷的運(yùn)動(dòng)，向黑洞視界面射入，即物質(zhì)粒子因?yàn)楹诙吹奈耄纬闪松淙氲倪\(yùn)動(dòng)行徑，具備了動(dòng)量而撞擊視界，并在視界周?chē)a(chǎn)生了熱輻射的狀態(tài)。

　　此熱輻射激發(fā)過(guò)程，只是從引力場(chǎng)論角度來(lái)分析的，但是也為必然的過(guò)程，實(shí)際上是因?yàn)槿刻幱谝暯绲牧Ｗ颖仨毷窍鄬?duì)視界而處于靜止?fàn)顟B(tài)，換而言之就是，所有的質(zhì)量為m的粒子，若它吸入處于視界后，它的質(zhì)量都轉(zhuǎn)變成了m0(m0是粒子相對(duì)于視界的固有質(zhì)量)，于是質(zhì)量差額Δm=m-m0將用于產(chǎn)生光量子輻射。

　　但是需要進(jìn)一步明確的是，在此過(guò)程中，形成的撞擊產(chǎn)生的能量是并不高的，撞擊的結(jié)果可能對(duì)粒子的核結(jié)構(gòu)并不能造成相關(guān)的改變，據(jù)此，粒子在撞擊中是不會(huì)因?yàn)楹私Y(jié)構(gòu)變化而形成的輻射反應(yīng)。

　　與此同時(shí)，在Hawking的理論中，認(rèn)為存在虛粒子并形成撞擊輻射，認(rèn)為是一種非零溫度下的作用效應(yīng)。

　　而在粒子的“撞擊”過(guò)程中是不考慮此虛粒子的問(wèn)題。

　　因此，可以得出此過(guò)程中，必然引致熵的增加。

　　總之，黑洞中形成的過(guò)程中其一是“整肅”過(guò)程，作用為熵減少，而“撞擊輻射”過(guò)程作用為熵增加，據(jù)此，在星系內(nèi)形成黑洞中，其熵的演化過(guò)程必定是這兩個(gè)過(guò)程熵的變化之和來(lái)決定其演化的方向。

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