[论文解读] Thermal fluctuations of charged black hole solution in Rastall theory

Behnam Pourhassan, Sudhaker Upadhyay|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2019

Black Holes and Theoretical Physics被引用 4

一句话总结

本文研究了在Rastall引力理论下，带有五次元场、尘埃场和辐射场的带电黑洞中的热涨落。结果表明，热涨落会增加不稳定性，诱发二级相变，并破坏小黑洞的范德瓦尔斯行为，而大黑洞则仍保持此类行为；同时通过几何热力学分析了修正后的热力学与标量曲率。

ABSTRACT

We study the thermodynamics of a charged black hole surrounded by a perfect fluid in Rastall theory and investigate three different cases of quintessence, dust and radiation fields. By considering thermal fluctuations, we study corrected thermodynamics variables. We investigate the effects of thermal fluctuations on the black hole stability, phase transition and critical points. We show that thermal fluctuations make the black hole more unstable and may yields to the second order phase transition. We also compare our results with uncharged cases to find effects of the black hole charge on the thermodynamics quantities. We find that large black holes behave like a Van der Waals fluid, while for the small black hole where thermal fluctuations become important, there is no Van der Waals behavior. Finally we discuss in brief about geometric thermodynamics to obtain corrected scalar curvature.

研究动机与目标

• 分析Rastall引力中与完美流体场（五次元场、尘埃场、辐射场）耦合的带电黑洞的热力学行为。
• 研究热涨落在黑体稳定性、相变及临界点方面的影响。
• 比较带电与不带电黑洞在热修正背景下的热力学性质。
• 考察具有显著热涨落的小黑洞是否仍表现出范德瓦尔斯类行为。
• 应用几何热力学推导该黑洞系统的修正标量曲率。

提出的方法

• 为Rastall理论中具有完美流体源的带电黑洞构建度规及热力学量（熵、温度、比热）。
• 应用热涨落修正框架，推导熵、内能和比热的修正表达式。
• 分析修正后的比热以判断热力学稳定性并识别相变。
• 利用修正后的热力学势定位临界点，并评估是否存在范德瓦尔斯类行为。
• 采用几何热力学计算修正后的标量曲率，将曲率奇点与相变关联。
• 在三种流体类型（五次元场、尘埃场、辐射场）及带电与不带电情形下比较结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同流体场下，热涨落如何影响Rastall引力中带电黑洞的热力学稳定性？
• RQ2 黑洞电荷在热涨落影响下如何改变相变行为？
• RQ3 具有强热涨落的小黑洞是否仍表现出范德瓦尔斯类热力学行为？
• RQ4 热涨落是否可在此系统中诱发二级相变？
• RQ5 几何热力学中修正后的标量曲率如何反映黑洞系统中的临界现象？

主要发现

• 热涨落显著增加了带电黑洞的不稳定性，尤其在小系统中，量子效应占主导地位。
• 热涨落可诱发二级相变，表现为修正比热的发散。
• 大黑洞保持范德瓦尔斯类行为，但小黑洞由于主导的热修正，此类行为被破坏。
• 电荷的存在改变了热力学量，尤其在比热修正的大小和符号上与不带电情形有明显差异。
• 几何热力学中修正后的标量曲率在临界点处表现出奇异性，证实了相变的存在。
• 在五次元场、尘埃场和辐射场之间，热力学行为存在显著差异，其中五次元场对临界性的影响最为显著。