Чжан Л., Чжао Ж., Ма М. Энтропия черной дыры в модели Рейснера – Нордстрёма – де Ситтера

Аннотация: Настоящая работа посвящена развитию макроскопических методов анализа физики высоких энергий. В практически важном случае черной дыры в релятивистской космологической модели (вселенной де Ситтера) рассмотрено описание ее эволюции в рамках феноменологического подхода, аналогичного классической термодинамике, когда площадь черной дыры играет роль энтропии, а поверхностная гравитация, соответственно, роль температуры. Предметом исследования стали способы расчета эффективных термодинамических величин черной дыры. При подсчете энтропии черной дыры использована гипотеза взаимозависимости горизонта событий и космологического горизонта. Для решения поставленной задачи использованы системный и структурно-функциональный подходы, методы космологии, релятивисткой механики и геометрической теории тяготения Эйнштейна, в частности, точные решения уравнений общей теории относительности с космологической постоянной для метрики Рейснера – Нордстрёма при описании пространства-времени. Найдено аналитическое решение для подсчета полной энтропии сферически симметричной статичной заряженной черной дыры в модели Рейснера – Нордстрёма для пространства де Ситтера. Показано, что выражение для энтропии включает в себя не только сумму энтропий горизонта событий черной дыры и космологического горизонта, но также дополнительный член, учитывающий перепутывание между ними. Полученные результаты термодинамики черных дыр углубляют аналогию с первым началом классической термодинамики, что расширяет применимость подхода для космологических исследований.

Ключевые слова:

Abstract: The paper studies the development of the macroscopic methods of high-energy physics analysis. The authors consider the evolution of black holes within the phenomenological approach, analogous to classical thermodynamics, in which the black hole area determines its entropy, and the surface gravitation, correspondingly, - the temperature, in the framework of the relativist cosmological model (de Sitter universe). The research subject is the ways of calculation of effective thermodynamic properties of black holes. To calculate a black hole entropy, the authors apply the event horizon and cosmological horizon interdependence hypothesis. To accomplish the research task, the authors apply the system and structural-functional approaches, the methods of cosmology, relativistic mechanics and Einstein’s geometric theory of gravitation, in particular, the exact solutions of the Einstein field equations with the cosmological constant for the Reissner- Nordström metric for the space-time description. The authors find the analytical solution for the calculation of the total entropy of a spherically symmetric charged black hole in the Reissner- Nordström model for de Sitter universe. The paper shows that the expression for entropy includes not only the sum of entropies of the event horizon and cosmological horizon of the black hole, but also the additional term, taking into account their entanglement. The obtained results of black hole thermodynamics extend the analogy with the first law of thermodynamics, thus broadening the applicability of the approach to the cosmological studies. 

Keywords: