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科技日報記者 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)頂級期刊《物理評論快報》上，并被遴選為當(dāng)期編輯推薦文章。
魏少文介紹，近年來，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，指出可以通過研究小大黑洞相變來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，研究結(jié)合統(tǒng)計物理漲落理論，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)的獨特性。
魏少文說，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，是個有趣且重要的問題。
蘭州大學(xué)引力團(tuán)隊從推廣的自由能出發(fā)，構(gòu)造了一個矢量場，該矢量場的零點代表了黑洞解本身。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€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)來對黑洞進(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)，它們對理解黑洞和引力本質(zhì)問題具有重要意義，對量子引力理論的建立或許會提供新的線索。”魏少文說。
黑洞是時空曲率大到光都無法逃脫的天體，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)計物理和廣義相對論等多個學(xué)科，黑洞熱力學(xué)的研究有助于認(rèn)識黑洞和引力的本質(zhì)，是深入理解量子引力理論的有效途徑。
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