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科技日?qǐng)?bào)記者 頡滿斌
近日，蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院引力團(tuán)隊(duì)教授魏少文、劉玉孝與加拿大滑鐵盧大學(xué)Robert B. Mann教授合作，利用段一士提出的Φ映射拓?fù)淞骼碚撗芯苛藷崃W(xué)參數(shù)空間中黑洞解的拓?fù)湫再|(zhì)。將黑洞解本身看作一類特殊的拓?fù)淙毕莺螅瑯?gòu)造了獨(dú)立于黑洞內(nèi)稟參數(shù)的拓?fù)鋽?shù)，提出了研究黑洞熱力學(xué)拓?fù)湫再|(zhì)的新方法。相關(guān)研究工作發(fā)表在物理學(xué)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，并被遴選為當(dāng)期編輯推薦文章。
魏少文介紹，近年來(lái)，黑洞熱力學(xué)的研究是當(dāng)前黑洞物理研究領(lǐng)域的重要前沿課題。蘭州大學(xué)引力團(tuán)隊(duì)密切關(guān)注這方面的研究進(jìn)展，取得了一系列重要的研究成果。包括基于黑洞相變方面的研究基礎(chǔ)，提出了“黑洞微觀分子”模型，指出可以通過(guò)研究小大黑洞相變來(lái)考察黑洞微觀自由度之間的相互作用，借助黑洞霍金溫度等宏觀量來(lái)揭示微觀性質(zhì)，這一思路為理解黑洞的微觀結(jié)構(gòu)提供了新途徑。同時(shí)，研究結(jié)合統(tǒng)計(jì)物理漲落理論，發(fā)展了一套揭示黑洞潛在微觀分子間相互作用的一般方法，發(fā)現(xiàn)不同于一般的流體系統(tǒng)，黑洞微觀分子之間可存在排斥相互作用，揭示了黑洞熱力學(xué)性質(zhì)的獨(dú)特性。
魏少文說(shuō)，目前，拓?fù)溥@一數(shù)學(xué)工具已經(jīng)應(yīng)用到物理學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域。在黑洞熱力學(xué)中，不同類型的黑洞具有不同的熱力學(xué)宏觀量。對(duì)于同一類型的黑洞，在特定溫度下可能有不同的黑洞相，它們可能是局域穩(wěn)定的，也可能是局域不穩(wěn)定的。能否從拓?fù)渖蠀^(qū)分它們并給出一般性的結(jié)論，是個(gè)有趣且重要的問(wèn)題。
蘭州大學(xué)引力團(tuán)隊(duì)從推廣的自由能出發(fā)，構(gòu)造了一個(gè)矢量場(chǎng)，該矢量場(chǎng)的零點(diǎn)代表了黑洞解本身。借助于這一性質(zhì)，利用段一士Φ映射拓?fù)淞骼碚撎岢隽艘粋€(gè)新的拓?fù)鋽?shù)。從局域角度而言，局域穩(wěn)定的黑洞相具有正的局域拓?fù)鋽?shù)，而局域不穩(wěn)定的則具有負(fù)的局域拓?fù)鋽?shù)。進(jìn)一步，對(duì)于同一類黑洞，所有局域拓?fù)鋽?shù)求和便可得到整體拓?fù)鋽?shù)。于是，從整體角度而言，可根據(jù)整體拓?fù)鋽?shù)來(lái)對(duì)黑洞進(jìn)行拓?fù)浞诸悺８鶕?jù)該分類，具有相同整體拓?fù)鋽?shù)的黑洞（即使它們是不同類型的黑洞）具有類似的熱力學(xué)性質(zhì)。
“由于這些拓?fù)鋽?shù)是不依賴于黑洞具體參數(shù)的普適常數(shù)，它們對(duì)理解黑洞和引力本質(zhì)問(wèn)題具有重要意義，對(duì)量子引力理論的建立或許會(huì)提供新的線索。”魏少文說(shuō)。
黑洞是時(shí)空曲率大到光都無(wú)法逃脫的天體，黑洞熱力學(xué)是現(xiàn)代黑洞物理學(xué)的主要組成部分。自20世紀(jì)70年代霍金和貝肯斯坦等著名物理學(xué)家建立黑洞熱力學(xué)之后，黑洞的熱力學(xué)性質(zhì)已經(jīng)得到了廣泛研究和關(guān)注。由于涉及到量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理和廣義相對(duì)論等多個(gè)學(xué)科，黑洞熱力學(xué)的研究有助于認(rèn)識(shí)黑洞和引力的本質(zhì)，是深入理解量子引力理論的有效途徑。
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