[论文解读] Kerr-AdS analogue of tricritical point and solid/liquid/gas phase transition

Natacha Altamirano, David Kubizňák+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2013

Black Holes and Theoretical Physics被引用 20

一句话总结

本文研究了在固定角动量 J1 和 J2 的正则系综中六维多自旋 Kerr-anti de Sitter 黑洞的热力学相行为。根据比值 q = J2/J1 的不同，系统表现出多样的相变：当 q = 0 时为再入型大/小/大相变；当 0 < q < 0.0985 时呈现类似三临界点的行为；当 q > 0.0985 时则表现出标准的液/气相变行为，与简单物质中的经典热力学现象相一致。

ABSTRACT

We study the thermodynamic behavior of multi-spinning d=6 Kerr-anti de Sitter black holes in the canonical ensemble of fixed angular momenta J1 and J2. We find, dependent on the ratio q=J2/J1, qualitatively different interesting phenomena known from the `every day thermodynamics' of simple substances. For q=0 the system exhibits recently observed reentrant large/small/large black hole phase transitions, but for 0 0.0985 we observe the `standard liquid/gas behavior' of the Van der Waals fluid.

研究动机与目标

• 研究在固定角动量 J1 和 J2 的条件下，六维多自旋 Kerr-anti de Sitter 黑洞的热力学相结构。
• 确定此类黑洞是否表现出类似于水等经典物质的相变行为。
• 确定比值 q = J2/J1 如何决定这些相变的性质，包括三临界点行为与标准液/气相变行为的出现。

提出的方法

• 分析六维 Kerr-AdS 黑洞在固定 J1 和 J2 的正则系综中的热力学势。
• 计算吉布斯自由能及其随温度和角动量比 q = J2/J1 的变化行为。
• 通过分析吉布斯自由能的一阶与二阶导数，识别相变点。
• 将比值 q = J2/J1 作为控制参数，用于分类不同的热力学区域。
• 将黑洞相行为与范德瓦尔斯态方程进行比较，以识别与液/气相变的类比关系。
• 通过数值计算确定临界点位于 q ≈ 0.0985 处，此时系统从三临界行为过渡到标准液/气相变行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 比值 q = J2/J1 如何影响在正则系综中六维多自旋 Kerr-AdS 黑洞的热力学相结构？
• RQ2 该系统是否表现出类似于经典热力学中三临界点的行为？
• RQ3 在哪些 q 值下，黑洞系统表现出类似于范德瓦尔斯流体液/气相变的行为？
• RQ4 当 q = 0 时，相变的本质是什么？其与先前观察到的再入相变相比有何异同？
• RQ5 在 q 的哪个临界值下，系统从三临界行为转变为标准液/气相变行为？

主要发现

• 当 q = 0 时，系统表现出再入型大/小/大黑洞相变，与文献中近期发现一致。
• 当 0 < q < 0.0985 时，系统表现出类似三临界点的行为，表明其在不同相区之间发生转变。
• 在 q ≈ 0.0985 处识别出一个临界点，此时相变性质从三临界点行为转变为标准液/气相变行为。
• 当 q > 0.0985 时，系统表现出标准的液/气相变行为，与范德瓦尔斯流体类比，具有清晰的共存曲线和临界点。
• 比值 q = J2/J1 作为控制参数，决定了整个相图的结构，使得热力学区域的分类成为可能。