黑洞力學(xué)四定律是霍金等人提出的有關(guān)黑洞的四條定律，它們?cè)谛问缴虾茴愃茻崃W(xué)四定律。

內(nèi)容

熱力學(xué)四定律：

第零定律：若兩系統(tǒng)分別與一系統(tǒng)處于熱平衡態(tài)，則這兩個(gè)系統(tǒng)之間處于熱平衡態(tài)。

第一定律：dU=dW+dQ

第二定律：孤立系統(tǒng)的熵隨時(shí)間不會(huì)減少

第三定律：不可能通過有限步驟達(dá)到絕對(duì)零度。

黑洞力學(xué)四定律：

第零定律：穩(wěn)態(tài)黑洞表面引力為常數(shù)。

第一定律：dM=k/8πdA+ΩdJ+VdQ（自然單位制c=G=hbar=1）

其中，M,k,A,Ω,J,V,Q分別為質(zhì)量（能量），表面引力，表面積，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，角動(dòng)量，表面靜電勢(shì)，電荷。

與之類比：dU=TdS+ΩdJ+VdQ

其中，U,T,S,Ω,J,V,Q分別為內(nèi)能，溫度，熵，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，角動(dòng)量，表面靜電勢(shì)，電荷。

第二定律：黑洞面積隨時(shí)間不會(huì)減少。

第三定律：不可能通過有限步驟使表面引力降為0（達(dá)到極端黑洞，即產(chǎn)生裸奇點(diǎn)）黑洞定律

貝肯斯坦和斯馬爾各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了黑洞各參量之間的一個(gè)重要關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)黑洞的靜止能，轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，電勢(shì)能三者之間存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系.這一公式與熱力學(xué)第一定律表達(dá)式非常相似，而且表達(dá)的內(nèi)容也是能量守恒定律.這一公式被稱為黑洞力學(xué)第一定律。

在熱力學(xué)中我們知道，并不是所有滿足能量守恒的過程都可以實(shí)現(xiàn)，只有同時(shí)滿足第二定律：封閉系統(tǒng)的熵不能減少這一條件才可以實(shí)現(xiàn).熵增原理是一條與能量守恒有同等地位的物理學(xué)原理.實(shí)踐證明，只要忽略這一原理就會(huì)不可避免的遭到失敗。

1971年，霍金在不考慮量子效應(yīng)，宇宙監(jiān)督假設(shè)和強(qiáng)能量條件成立的前提下證明了面積定理：黑洞的表面積在順時(shí)方向永不減少.真實(shí)的時(shí)空都滿足強(qiáng)能條件，即時(shí)空的應(yīng)力不能太小，由一個(gè)公式描述.兩個(gè)黑洞合并為一個(gè)黑洞面積增大，因此可以實(shí)現(xiàn).但一個(gè)黑洞分裂為兩個(gè)黑洞，面積減小，因此即使?jié)M足能量守恒也是不可能實(shí)現(xiàn)的.在面積定理約束下，兩個(gè)等質(zhì)量黑洞合并，若面積不變可以放出約30%的黑洞能量.面積定理很容易使物理學(xué)家們聯(lián)想到第二定律的熵，它是唯一顯示時(shí)間箭頭的物理定律.貝肯斯坦等人通過黑洞的微觀分析，認(rèn)為黑洞的確存在與面積成正比的熵.面積定理是熱力學(xué)第二定律在黑洞力學(xué)中的具體體現(xiàn)。

先介紹一個(gè)概念：黑洞的表面引力.表面引力就是將物體放在視界處（若黑洞旋轉(zhuǎn)就認(rèn)為物體與視界一起旋轉(zhuǎn)，與視界相對(duì)靜止）受到的引力場(chǎng)強(qiáng)度.一個(gè)系統(tǒng)存在熵就存在溫度，在視界面積與熵成正比的前提下容易證明表面引力與溫度成正比.前幾期提到的極端黑洞證明它們的表面引力為零.也就是說(shuō)，極端黑洞是絕對(duì)零度的黑洞.熱力學(xué)第三定律告訴我們，不能通過有限次操作把溫度降到絕對(duì)零度.因此可以存在黑洞力學(xué)第三定律：不能通過有限次操作把一個(gè)非極端黑洞轉(zhuǎn)變?yōu)闃O端黑洞.它與彭若斯的宇宙監(jiān)督假設(shè)是等價(jià)的它是一條獨(dú)立于第一定律與第二定律的公理。

熱力學(xué)還有個(gè)第零定律：如果物體A與B達(dá)到熱平衡，B與C達(dá)到熱平衡，則A與C也一定達(dá)到熱平衡.如果類比正確，應(yīng)該指望黑洞存在一條類似的第零定律.目前已經(jīng)證明穩(wěn)態(tài)黑洞表面引力是一個(gè)常數(shù).人們把這一結(jié)論稱為黑洞力學(xué)第零定律。

因此，黑洞表面引力相當(dāng)于溫度，表面積相當(dāng)于熵.如果是真溫度，黑洞就是個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)該存在熱輻射，但通常對(duì)黑洞的理解是一個(gè)只進(jìn)不出的天體，不會(huì)有熱輻射.因此1973年前霍金等人強(qiáng)調(diào),黑洞溫度并不應(yīng)該看作真正的溫度，因此上述定律沒有被稱為黑洞力學(xué)斯定律.然而1973年霍金發(fā)現(xiàn)，黑洞存在熱輻射，上述四定律的確就是熱力學(xué)四定律。世界之最 m.kgnhyy.cn原創(chuàng)不易，請(qǐng)大佬高抬貴手！