中高能物理與宇宙學(xué)中的熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理問(wèn)題.pdf

1、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理是處理由大量客體構(gòu)成的體系的宏觀物理性質(zhì)的重要理論工具，在物理世界中有著廣泛而重要的應(yīng)用。本論文主要討論這一理論物理學(xué)的重要分支在中高能物理、廣義相對(duì)論等諸多方面的相關(guān)應(yīng)用。主要涉及以下問(wèn)題：有效質(zhì)量近似下準(zhǔn)粒子體系的熱力學(xué)自恰性、弱超子-超予相互作用下奇異強(qiáng)子物質(zhì)的汽液相變、手征SU(3)夸克平均場(chǎng)模型中的慢轉(zhuǎn)中子星與強(qiáng)子星的最大質(zhì)量、有限溫度效應(yīng)在暴漲宇宙中對(duì)微波背景輻射譜的影響、高維德西特膜宇宙中嵌入黑洞的能量與熵

2、的輻射、5維AdS時(shí)空中非平凡拓?fù)鋸澢谙业姆€(wěn)定性等等。我們將看到溫度、統(tǒng)計(jì)、熵等熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理的核心概念在各個(gè)領(lǐng)域中的相關(guān)問(wèn)題及重要應(yīng)用。
　　本文主要解決了如下問(wèn)題：
　　1.通過(guò)在熱力學(xué)可逆過(guò)程的描述中引入有效質(zhì)量作為新的獨(dú)立變量，我們成功地解決了有效質(zhì)量近似下準(zhǔn)粒子體系的熱力學(xué)自洽性問(wèn)題。通過(guò)兩個(gè)具體實(shí)例，汪實(shí)了我們的處理方案可以很好地描述高能物理學(xué)中各種不同的準(zhǔn)粒子模型。相比于舊的處理方案，我們的結(jié)果與合理的理論

3、預(yù)期或格點(diǎn)數(shù)據(jù)更為相符。此外，將有效質(zhì)量作為獨(dú)立變量后允許對(duì)壓強(qiáng)和熵引入一個(gè)作為有效質(zhì)量任意函數(shù)的修正，這一修正使得準(zhǔn)粒子模型能夠自然且自洽地實(shí)現(xiàn)期望的負(fù)壓強(qiáng)。
　　2.根據(jù)新近實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的弱超子相互作用結(jié)果，我們重新研究了奇異強(qiáng)子物質(zhì)的汽液相變，發(fā)現(xiàn)弱的超子相互作用將使得體系的穩(wěn)定性降低，汽液相變更易于發(fā)生。
　　3.為考察致密星體的最大質(zhì)量上限，我們考慮了慢轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)星體結(jié)構(gòu)的修正。我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)可以有效地提升星體的最大質(zhì)量

4、，但在手征SU(3)夸克平均場(chǎng)模型下，奇異強(qiáng)子物質(zhì)的狀態(tài)方程過(guò)軟，由其構(gòu)成的奇異強(qiáng)子星不足以解釋天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的超重脈沖星的質(zhì)量。
　　4.我們通過(guò)考慮有限溫度的效應(yīng)，將暴漲場(chǎng)原初擾動(dòng)的真空取為熱真空，利用熱場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法得到了能譜的有限溫度修正。對(duì)微波背景輻射譜的擬合顯示，考慮了有限溫度修正后的能譜能夠更好地解釋天文觀測(cè)結(jié)果。
　　5.對(duì)于高維德西特時(shí)空中的黑洞，通過(guò)全面討論其能量與熵的各種模式的輻射，我們發(fā)現(xiàn)輻射過(guò)程中黑洞損

5、失的熵與輻射得到的熵在數(shù)值上總是基本相當(dāng)?shù)模@一結(jié)果傾向于支持貝肯斯坦對(duì)于黑洞熵的猜想。
　　6.通過(guò)研究5維反德西特空間中扭曲黑弦的張量引力擾動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)不同拓?fù)渑c不同半徑的黑弦都存在不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性的出現(xiàn)取決于擾動(dòng)在第五維空間中的模式。這一不穩(wěn)定性條件對(duì)聯(lián)系動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性與熱力學(xué)不穩(wěn)定性的理論嘗試提出了新的挑戰(zhàn)。
　　7.作為附帶介紹關(guān)于額外維空間在宇宙學(xué)中的相關(guān)問(wèn)題，我們還研究了帶有額外維物質(zhì)的Dvali-Gab