星系內黑洞的熵演化
星系內黑洞的熵演化
摘要 在星系中形成的黑洞，自今都有許多爭論，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)題的爭論，并在此背景下，提出了星系內黑洞熵演化是由“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)是根據現代的廣義相對論所預言的，在宇宙空間中存在的一種質(zhì)量相當大的天體。
黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應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�、衰落、損耗，表征系統機能效率的衰減或創(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論
自20世紀七八十年代來(lái)，關(guān)于黑洞的熵及演化問(wèn)題，產(chǎn)生了一次劇烈的爭論，主要是來(lái)自?xún)蓚�(gè)學(xué)派之間的爭論，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)比的爭論上，Bekenstein認為可以將黑洞類(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(cháng)大的熵增加過(guò)程，為Clausius嫡增加原理。
而Hawking的觀(guān)點(diǎn)明確反對此類(lèi)比的過(guò)程，認為黑洞并沒(méi)有任何的隨機性，而是簡(jiǎn)單性，如果黑洞作為一個(gè)靜止狀態(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)行了反復的論證，且兩者都提出了各自的觀(guān)點(diǎn)，而是Bekenstein堅持認為黑洞的Clausius嫡增加原理是符合普遍原理的。
隨著(zhù)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，形成了黑洞蒸發(fā)理論，該模型的結論恰巧又與Bekenstein相統一，并且Bekenstein認為，上述的模型論證，是與類(lèi)比設相一致，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)爭論過(guò)程，最后發(fā)現，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(cháng)大，一個(gè)是自發(fā)消亡過(guò)程。
此爭論的最后結論都已經(jīng)沒(méi)有論據可以證實(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)程所引致的結果。
同時(shí)，爭論中也面臨著(zhù)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)題上如何認定;黑洞自發(fā)性變化過(guò)程中的熵增加與減少的認定問(wèn)題。
從兩個(gè)學(xué)派的論證中，已經(jīng)對文獻對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，具有高速運動(dòng)性，沿徑運動(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，因為此過(guò)程是發(fā)生在黑洞中心體的引力場(chǎng)作用下，物質(zhì)粒子的引力勢能與動(dòng)矩是呈現出了一個(gè)無(wú)序分布的粒子系狀態(tài)，在此狀態(tài)中，引力場(chǎng)作用形成了運動(dòng)路徑，射入視界運動(dòng)狀態(tài)。
所有的粒子在引力場(chǎng)中的運動(dòng)，是伴隨著(zhù)其自身特點(diǎn)形成不同的層級狀態(tài)的，這個(gè)層級狀態(tài)，根據的是粒子自身的動(dòng)能，在視界中到達先后次序來(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”的結論相統一的。
深入分析可知，在星系中的粒子運動(dòng)軌跡的變化，是依據處于中心體引力場(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，確立了運動(dòng)的軌跡是依據中心體為點(diǎn)，做類(lèi)似于橢圓形狀的軌跡運動(dòng)，整個(gè)運動(dòng)過(guò)程也處于持續變化的過(guò)程，調整各自的方向，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)序化轉變成了有序化的過(guò)程，并形成了粒子系。
據此，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，不斷的運動(dòng)，向黑洞視界面射入，即物質(zhì)粒子因為黑洞的吸入，形成了射入的運動(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)際上是因為全部處于視界的粒子必須是相對視界而處于靜止狀態(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)量都轉變成了m0(m0是粒子相對于視界的固有質(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，撞擊的結果可能對粒子的核結構并不能造成相關(guān)的改變，據此，粒子在撞擊中是不會(huì )因為核結構變化而形成的輻射反應。
與此同時(shí)，在Hawking的理論中，認為存在虛粒子并形成撞擊輻射，認為是一種非零溫度下的作用效應。
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，據此，在星系內形成黑洞中，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。
參考文獻
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