【正文】 ...............................................................................4 史瓦西黑洞的描述...........................................................................................................5 史瓦西黑洞的負熱容量...................................................................................................6 黑洞熱容量的推導(dǎo)...........................................................................................................8第二章 黑洞的熱平衡....................................................................................................................10 熱平衡與熱輻射..............................................................................................................10 熵，內(nèi)能和熱容量的推導(dǎo)................................................................................................10 光子氣體與熱平衡穩(wěn)定..................................................................................................14 熱平衡穩(wěn)定條件..............................................................................................................16 黑洞熱的平衡是不穩(wěn)定的..............................................................................................18 結(jié)論..............................................................................................................................................19 參考文獻......................................................................................................................................20 致謝..............................................................................................................................................21 VI 第一章 負熱容量系統(tǒng)的熱平衡 引言我們在日常生活中一般遇到的熱容量都是正的，我們在本論文中分析和解決負熱容量系統(tǒng)的熱平衡情況，還有負熱容量和黑洞的關(guān)系。趙凱華先生“新概念物理教程熱學(xué)”中都增提到負熱容量系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，但由于篇幅限制，對此沒有更詳細的說明[1, 2]。負熱容量比如黑洞，黑洞的熱容量是負的，吸收熱容量時溫度會降低，放熱時溫度升高。在宇宙中存在著很多奇妙的星體，其中最使人入迷的就是黑洞。那再來看看物理學(xué)家是怎么形容的，處于時間與空間之間的黑洞，使時間放慢腳步，使空間變得有彈性，同時吞進所有經(jīng)過它的一切。從物理學(xué)家的描述我們可以看出，黑洞的特殊性，在它的身上為什么會具有這樣的性質(zhì)呢？這就引起了很多人的疑問，比如：愛因斯坦、霍金等的重量級的物理學(xué)家。黑洞區(qū)：通常指任何信號都到達不了類光無窮遠的時空區(qū)。 黑洞是根據(jù)現(xiàn)代物理理論和天文學(xué)理論，所預(yù)言的在宇宙中存在的一種天體區(qū)域。黑洞是一個質(zhì)量相當大、密度相當高的天體，它是在核能耗完后而發(fā)生引力的塌縮形成的。在這個區(qū)域有強大的引力，其表面任何物體都不容易脫離其束縛，連光線也被其強大引力拉回，所以黑洞不會發(fā)光，不能用天文望遠鏡看到，但天文學(xué)家可通過觀察黑洞周圍物質(zhì)被吸引時的情況，找到了黑洞的位置，發(fā)現(xiàn)和研究它。以尋找出巨大黑洞供給人們的開發(fā)和利用，并討論了研究黑洞的意義[3]，最后討論黑洞的熱平衡是不穩(wěn)定的。 如果在一定的過程中，當溫度升高ΔT時，系統(tǒng)從外界吸收的熱量為ΔQ，系統(tǒng)的熱容量C,單位是（）。而某些系統(tǒng)，如黑洞，其熱容量是負的[5]，吸收熱容量時溫度降低，放出熱容量時溫度升高，這樣的系統(tǒng)即為負熱容量系統(tǒng)。 黑洞的描述 黑洞的產(chǎn)生 當一顆恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料（氫），由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。 物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積很小、密度趨向很大。最早是德國天文學(xué)家K我們至今把形成黑洞的界限成為史瓦西解。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，科學(xué)家在西雅圖召開的美國天文學(xué)會會議上報告說，在一個由恒星組成的小型矮星系中，他們發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽的100萬倍。研究發(fā)表在近日《自然》雜志網(wǎng)站上。這個龐然大物潛伏在OJ287類星體，該類星體距離地球35億光年。 （2）最小的黑洞，其直徑為24公里，僅比紐約曼哈頓島大一些。它與其它黑洞一樣從伴星那里偷取氣體，使自己升溫，基于XTE J1650500黑洞的質(zhì)量，它釋放X射線的強度呈周期性變化。 拉普拉斯等人把黑洞看作光無法逃離的暗星[4, 5]。光信號是所有信號中速度最快的，光不能逃離的時空區(qū)域，任何其他信號當然也不能逃離。其基本特征是：它是一個封閉的世界(通俗地講，這是一個空間范圍）[5]。由于外界接收不到從它發(fā)出的任何光波我們觀察不到它而呈黑色，這就是“黑”。所以稱它為黑洞。我們知道，任意星體均有一個宇宙速度，即逸出這一星體的最小逃逸速度。黑洞可能占宇宙能量之半。多年來，天文學(xué)家早已猜測黑洞會輻射能量，但其量無法與恒星相比。 當黑洞的視界面半徑和黑洞質(zhì)量滿足條件時就會形成史瓦西黑洞[5]。此外，還有RN黑洞（帶電的史瓦西黑洞），克爾黑洞（轉(zhuǎn)動的穩(wěn)態(tài)黑洞）和克爾紐曼黑洞(最一般的穩(wěn)態(tài)黑洞)[4]。通過這類非熱輻射，各種黑洞的角動量或電荷減少，迅速退化為不轉(zhuǎn)動，不帶電的史瓦西黑洞。 圖1史瓦西黑洞 [8] 史瓦西黑洞是1916年由史瓦西（Schwarzchild)提出來的[9]，史瓦西黑洞的設(shè)定是不帶電不自旋轉(zhuǎn)的黑洞，黑洞中心為奇點。恒星是依靠內(nèi)部不斷進行的核聚變產(chǎn)生的輻射壓與物質(zhì)間引力維持平衡的。大質(zhì)量星，尺度遠大于史瓦西半徑，光線幾乎沒有偏轉(zhuǎn)，從恒星表面某一點發(fā)出的光刻一朝任意方向直接射出。時空彎曲度增大，光線彎曲，出射光線會像噴泉中的水一樣回落恒星表面，遠處觀測者只能偶然看到少數(shù)逃逸出來的光子。恒星尺度減至史瓦西半徑時，所有光線均被捕獲，逃逸錐關(guān)閉，黑洞形成。 史瓦西黑洞就是所謂“尋常黑洞”，它是直接由較大的恒星演化而來的。若質(zhì)量（指原恒星的質(zhì)量）大于8倍的太陽，其產(chǎn)物就是黑洞。 從數(shù)學(xué)角度來說，史瓦西黑洞就是其外部的引力場符合史瓦西黑洞的條件。史瓦西黑洞，是尋常黑洞的發(fā)祥地，它有一個視界和一個奇點。而在視界上，只有光速運動的物體可以保持不進入黑洞，但是連光也無法從這個面中逃脫。奇點，是黑洞奇異性的來源，也就是黑洞中允許相對論和量子理論同時廣泛應(yīng)用于同一個物體的源泉。 史瓦西黑洞的負熱容量從牛頓力學(xué)的能量理論很容易算出西瓦西黑洞類暗星的形成條件。按照牛頓理論，從星球表面射出的光子的動能為： , ()勢能為 , ()當它的動能小于勢能時 , （） 由上式（）可得： . （）上式表示，當一個星球的質(zhì)量和半徑之