經(jīng)典黑洞和量子黑洞

前言

本書(shū)內(nèi)容包括黑洞的經(jīng)典理論和量子理論兩部分。經(jīng)典理論部分包括球?qū)ΨQ(chēng)引力場(chǎng)的奇異性，球?qū)ΨQ(chēng)恒星的引力塌縮，KeⅡ黑洞、Kerr‘Newman黑洞和譬些黑洞熱力學(xué)等內(nèi)容。量子理論部分包括黑洞熱力學(xué)的量子理論、黑洞的量子輻射：黑洞的微擾理論和黑洞的量子化等內(nèi)容。在內(nèi)容安排上，側(cè)重于黑洞的量子砸診…近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)黑洞熵的量子理論頗感興趣。嚴(yán)格地說(shuō)，計(jì)算黑洞量子熵須用到量子引力理論，而至今還沒(méi)有建立一個(gè)令人滿(mǎn)意的量子引力理論。骨量子引力理論研究黑洞的熵依賴(lài)于量子引力理論的細(xì)節(jié)。但是，如果認(rèn)為黑洞熵留視界面積成正比這一結(jié)論是普適的，則黑洞熵就應(yīng)該與量子引力理論的細(xì)節(jié)翼粵關(guān)系。因此，人們可以避開(kāi)量子引力理論的細(xì)節(jié)，來(lái)研究黑洞的熱力學(xué)熵和統(tǒng)寸力學(xué)熵。書(shū)中詳細(xì)討論了黑洞熱力學(xué)的量子修正，黑洞量子熵的計(jì)算方法，即殼和離殼方案(其中包括磚墻模型、頂角奇異性方法、鈍錐方法和體積截?cái)喾椒?，協(xié)變歐氏方案和共形場(chǎng)論方法。黑洞熱力學(xué)的四條定律與普通熱力學(xué)定律的一致，使人們自然認(rèn)為黑洞處于熱平衡狀態(tài)(至少靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)黑洞如此)。如果給黑洞一個(gè)微擾，微擾衰減后黑洞應(yīng)該回到平衡狀態(tài)。黑洞微擾理論表明，微擾場(chǎng)在黑洞時(shí)空中的演化過(guò)程分為初始擾動(dòng)、準(zhǔn)正規(guī)模(指數(shù)衰減)和晚期拖尾(冪律衰減)三個(gè)階段·黑洞狀態(tài)又寸孽擾是穩(wěn)定的。研究表明，黑洞準(zhǔn)正規(guī)模的頻譜只決定于黑洞本身的性質(zhì)，皇警挈的初始形式無(wú)關(guān)。這一結(jié)果在黑洞的天文觀測(cè)中具有重要而深遠(yuǎn)的意義，里些粵使人們對(duì)黑洞準(zhǔn)正規(guī)模的研究產(chǎn)生了極大的興趣。猶如不同的樂(lè)器發(fā)出不同種譽(yù)鬲聲音一樣，不同的黑洞具有不同的準(zhǔn)正規(guī)模頻譜。書(shū)中詳細(xì)討論了幾種黑洞時(shí)率的準(zhǔn)正規(guī)模頻譜和它們的晚期冪律拖尾。黑洞是宇宙中最簡(jiǎn)單和最漂亮的物體，只由三個(gè)參量(質(zhì)量，電荷和角動(dòng)量)便可唯一確定。所有其他性質(zhì)，如磁場(chǎng)、磁矩、物質(zhì)結(jié)構(gòu)(輕子數(shù)、重子數(shù))等性質(zhì)在形成黑洞時(shí)已全部化為烏有。黑洞如此簡(jiǎn)單，很像氫原子，它只有質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量三個(gè)經(jīng)典自由度·氫原子也只有三個(gè)經(jīng)典自由度，即電子的三個(gè)空間坐標(biāo)z，y，z·因此人們想到i蠆用量子引力理論，用量子力學(xué)描述黑洞的量子化，揭示黑洞的量子性質(zhì)·書(shū)中論了黑洞時(shí)空的哈密頓正則量子化方案，給出類(lèi)似薛定諤方程的黑洞時(shí)空動(dòng)力掌方程，導(dǎo)出量子化的黑洞質(zhì)量譜、面積譜、電荷譜和角動(dòng)量譜。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)地闡述了黑洞物理領(lǐng)域近年來(lái)的新進(jìn)展，包括作者、合作者和國(guó)內(nèi)外同行學(xué)者們的近期研究成果，書(shū)中內(nèi)容系統(tǒng)而深刻，物理思想靈活，數(shù)學(xué)技巧豐富，諸多內(nèi)容適合于碩士生、博士生用于專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)和科研選題?！　∪珪?shū)包括施瓦西黑洞，克爾黑洞，經(jīng)典黑洞熱力學(xué)，黑洞熱力學(xué)的量子理論，黑洞的量子輻射，黑洞的準(zhǔn)正規(guī)模和晚期拖尾，黑洞的正則量子化，黑洞的面積譜、質(zhì)量譜、電荷譜、角動(dòng)量譜和黑洞的引力效應(yīng)等七章七十七節(jié)?！　”緯?shū)可供物理、天文和應(yīng)用數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)的碩士生、博士生和研究人員閱讀，也可供本科高年級(jí)學(xué)生和自學(xué)者參考。

作者簡(jiǎn)介

王永久，男，吉林省梅河口市人，1964年畢業(yè)于北京師范大學(xué)物理系，1985年晉升教授。研究方向：理論天體物理。在國(guó)內(nèi)外一級(jí)刊物上發(fā)表論文一百余篇，被EI錄用百余篇次。系列論文《Einstein引力場(chǎng)方程的嚴(yán)格解及應(yīng)用》榮獲國(guó)家教委首批科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。曾于80年代嚴(yán)格地解決了時(shí)鐘佯謬問(wèn)題，得到國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的承認(rèn)，多次應(yīng)邀出國(guó)講學(xué)和參加學(xué)術(shù)會(huì)議（均作大會(huì)報(bào)告）。獲得引力場(chǎng)方程的兩個(gè)重要的嚴(yán)格解，國(guó)外稱(chēng)為WANG解（王氏解）。與合作者一起，兩次榮獲國(guó)際引力研究榮譽(yù)獎(jiǎng)（美國(guó)）。先后出版三部專(zhuān)著（《引力理論和引力效應(yīng)》、《黑洞物理學(xué)》、《廣義相對(duì)論和宇宙學(xué)》），均在60萬(wàn)字以上，得到國(guó)內(nèi)外同行高度評(píng)價(jià)?，F(xiàn)為國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)專(zhuān)家，湖南師范大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師，中國(guó)引力與相對(duì)論天體物理學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)物理學(xué)會(huì)理事，湖南省物理學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。

書(shū)籍目錄

前言 第1章 施瓦西黑洞 　1.1 施瓦西面 　1.2 自由下落坐標(biāo)系 　1.3 施瓦西黑洞 　1.4 Kruskal坐標(biāo) 　1.5 Penrose圖 第2章 球?qū)ΨQ(chēng)恒星的引力坍縮 　2.1 廣義相對(duì)論恒星的引力平衡 　2.2 球?qū)ΨQ(chēng)恒星的引力坍縮 第3章 克爾黑洞 　3.1 克爾度規(guī) 　　3.2 特征曲面 　3.3 黑洞的無(wú)毛定理 　3.4 Rindler變換 　3.5 穩(wěn)態(tài)時(shí)空中的事件視界 　3.6 黑洞的第四個(gè)參量 第4章 經(jīng)典黑洞熱力學(xué) 　4.1 經(jīng)典黑洞的面積不減定理 　4.2 經(jīng)典黑洞的溫度和熵 　4.3 黑洞熱力學(xué)的基本定律 第5章 黑洞熱力學(xué)的量子理論 　5.1 離殼與即殼 　5.2 歐氏方案和熱力學(xué)熵 　5.3 模型描述：即殼結(jié)果 　5.4 離殼方法 　5.5 磚墻模型 　5.6 頂角奇異性方法 　5.7 鈍錐方法 　5.8 體積截?cái)喾椒?　5.9 離殼與即殼計(jì)算結(jié)果的比較 　5.10 小結(jié) 　5.11 二維有效作用量的共形變換 　5.12 二維標(biāo)量場(chǎng)的有效作用量和自由能 　5.13 磚墻邊界附近的Casimir效應(yīng)和場(chǎng)漲落 　5.14 四維愛(ài)因斯坦—麥克斯韋理論的球?qū)ΨQ(chēng)退化 　5.15 Tree-level黑洞熱力學(xué) 　5.16 L-P作用量及量子場(chǎng)熱態(tài)的選擇 　5.17 量子修正的黑洞幾何 　5.18 熱力學(xué)量的量子修正 　5.19 歐氏克爾—紐曼幾何 　5.20 視界的外幾何 　5.21 頂角奇異性和曲率張量 　5.22 熱核展開(kāi)和熵 　5.23 Dirac旋量場(chǎng)的熵 　5.24 共形場(chǎng)論方法 　5.25 穩(wěn)態(tài)軸對(duì)稱(chēng)荷電黑洞時(shí)空中的微分同胚代數(shù)　5.26 Kerr-Newman黑洞的統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵 　5.27 Kerr-Newman-Ads黑洞的統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵 　5.28 靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)dilaton黑洞時(shí)空中的微分同胚代數(shù) 　5.29 Garfinkle-Horowitz-Stromingerdilatonic黑洞的統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵 　5.30 Garfinkle-Maedadilaton黑洞的統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵 　5.31 穩(wěn)態(tài)Kaluza-Klein黑洞的統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵 　5.32 黑洞統(tǒng)計(jì)力學(xué)熵的對(duì)數(shù)修正及新熵界 　5.33 熵，哈密頓和Noether荷 　5.34 量子激發(fā)和黑洞的熵 　5.35 無(wú)視界靜態(tài)引力場(chǎng)中量子場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)力學(xué) 　5.36 與視界有關(guān)的性質(zhì) 　5.37 視界存在時(shí)的正則方案 　5.38 協(xié)變歐氏方案   5.39 黑洞的熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)   5.40 廣義重正化和Noether荷   5.41 誘導(dǎo)引力中的黑洞熵   5.42 小結(jié)   附錄A 曲率在與黑洞視界面正交的子空間中的投影   附錄B 視界的外曲率幾何   附錄C Carlip邊界條件 第6章 黑洞的量子效應(yīng) 第7章 黑洞的引力效應(yīng) 參考文獻(xiàn) 《現(xiàn)代物理基礎(chǔ)叢書(shū)》已出版書(shū)目

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 施瓦西黑洞黎曼空間度規(guī)張量既決定于空間的幾何性質(zhì)又依賴(lài)于坐標(biāo)系的選擇。因此，度規(guī)的奇異性分為兩種，一種是內(nèi)稟奇異性，另一種是坐標(biāo)奇異性。坐標(biāo)奇點(diǎn)可以通過(guò)坐標(biāo)變換消除，而內(nèi)稟奇點(diǎn)是空間的內(nèi)稟屬性，不能由坐標(biāo)變換消除。

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《現(xiàn)代物理基礎(chǔ)叢書(shū)20·經(jīng)典黑洞和量子黑洞》由科學(xué)出版社出版。

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