[论文解读] Cold black holes in scalar-tensor theories

К. А. Бронников, C. P. Constantinidis+2 more|ArXiv.org|Oct 20, 1997

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文研究了标量-张量引力理论中的冷黑洞，重点关注具有负动能项（异常理论）的模型。研究表明，此类黑洞可具有零霍金温度和无限视界面积，从而避免在曲率奇点处出现无限温度。对布兰斯-迪克理论的详细分析揭示了两类视界面积无限的黑洞，其在落入视界过程中的时间表现不同。

ABSTRACT

We study the possible existence of black holes in scalar-tensor theories of gravity in four dimensions. Their existence is verified for anomalous versions of these theories, with a negative kinetic term in the Lagrangian. The Hawking temperature T_H of these holes is zero, while the horizon area is (in most cases) infinite. It is shown that an infinite value of T_H can occur only at a curvature singularity rather than a horizon. As a special case, the Brans-Dicke theory is studied in more detail, and two kinds of infinite-area black holes are revealed, with finite and infinite proper time needed for an infalling particle to reach the horizon.

研究动机与目标

• 研究在具有非标准动能项的标量-张量引力理论中黑洞的存在性。
• 确定在四维标量-张量理论中是否存在霍金温度为零（冷黑洞）的黑洞。
• 检查此类黑洞的几何与热力学性质，特别是其视界面积和曲率结构。
• 将布兰斯-迪克理论作为特例进行分析，并根据粒子下落至视界的所需时间，对无限面积黑洞进行分类。
• 澄清在无限温度与无限面积背景下，曲率奇点与事件视界之间的区别。

提出的方法

• 本研究采用四维标量-张量引力中拉格朗日量具有负动能项的精确解。
• 分析黑洞解的热力学性质，特别是由表面引力和视界几何推导出的霍金温度 T_H。
• 研究视界面积的行为，表明在某些解中其可为无限大。
• 利用布兰斯-迪克框架，基于下落粒子的固有时间推导并分类出两类不同的无限面积黑洞。
• 通过分析 T_H 的发散性和视界面积的有限性，区分曲率奇点与事件视界。
• 运用理论论证与解的结构表明，无限 T_H 仅可能出现在曲率奇点处，而不会出现在视界处。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有负动能项的标量-张量理论中，是否存在霍金温度为零的黑洞？
• RQ2 此类黑洞的几何性质是什么，特别是其视界面积如何？
• RQ3 为何无限霍金温度不会出现在视界处，而可能出现在何处？
• RQ4 在布兰斯-迪克理论中，两类无限面积黑洞的下落动力学有何不同？
• RQ5 标量场在实现冷的、无限面积黑洞解中起什么作用？

主要发现

• 在拉格朗日量中具有负动能项的异常标量-张量理论中，存在霍金温度为零的冷黑洞。
• 在大多数情况下，这些黑洞的视界面积为无限大，表明其视界结构非紧致。
• 无限霍金温度仅可能出现在曲率奇点处，而不会出现在事件视界处，后者保持正则。
• 在布兰斯-迪克理论中，识别出两类不同的无限面积黑洞，其在粒子下落至视界所需时间上存在差异。
• 其中一类黑洞要求粒子以有限固有时间下落至视界，而另一类则需要无限固有时间，表明其因果结构不同。
• 这些解与标量-张量框架一致，除曲率奇点外全局正则。