[论文解读] Black hole : Equipartition of matter and potential energy

Naresh Dadhich|ArXiv.org|May 14, 1997

Black Holes and Theoretical Physics被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于布朗-约克准局域能量的静态黑洞视界的新表征方法，表明视界是物质能量与引力势能等分的表面。关键结果是，这种等分条件唯一地确定了视界，提供了一种基于能量平衡的热力学动机定义。

ABSTRACT

Black hole horizon is usually defined as the limit for existence of timelike worldline or when a spatially bound surface turns oneway (it is crossable only in one direction). It would be insightful and physically appealing to find its characterization involving an energy consideration. By employing the Brown-York [1] quasilocal energy we propose a new and novel characterization of the horizon of static black hole. It is the surface at which the Brown-York energy equipartitions itself between the matter and potential energy. It is also equivalent to equipartitioning of the binding energy and the gravitational charge enclosed by the horizon.

研究动机与目标

• 提供一种超越标准因果定义的、基于物理直觉的能量表征方式，用于描述黑洞视界。
• 探讨是否可利用准局域能量形式化方法，通过物质与势能的平衡来定义视界。
• 建立引力束缚能与视界所包围的引力电荷之间的直接联系。
• 提供一种与物理直觉一致的、基于热力学动机的视界定义。

提出的方法

• 利用布朗-约克准局域能量形式化方法，定义包围黑洞的有限边界内的能量含量。
• 分析时空中的类空二维曲面上的能量分布，以识别物质能量与势能等分的位置。
• 应用能量等分条件，推导静态时空中的视界位置。
• 证明物质与势能等分的条件等价于束缚能与视界所包围的引力电荷之间的等分。
• 利用爱因斯坦场方程及静态球对称解验证该条件。
• 依赖于爱因斯坦-希尔伯特作用量边界项导出的准局域能量表达式。

实验结果

研究问题

• RQ1 黑洞视界是否可基于能量平衡条件而非纯粹的因果或几何标准来表征？
• RQ2 布朗-约克准局域能量是否允许基于能量组分等分的物理方式定义视界？
• RQ3 物质的束缚能与视界所包围的引力电荷之间是否存在直接联系？
• RQ4 物质与势能的等分关系如何与标准事件视界的定义相关联？
• RQ5 视界是否可唯一地识别为物质与引力势能能量均分的表面？

主要发现

• 静态黑洞的视界被识别为布朗-约克准局域能量在物质与引力势能之间等分的表面。
• 该等分条件等价于视界所包围的束缚能与引力电荷之间的相等。
• 该结果提供了一种新的、基于能量平衡的、物理动机充分的视界定义，且独立于因果结构。
• 该表征适用于静态黑洞，且仅基于准局域能量形式化推导，无需依赖全局时空性质。
• 本文建立了视界的热力学类比解释，将能量分布与几何位置联系起来。
• 该条件在边界曲面选择下保持不变，并在球对称静态时空中唯一确定视界。