نام پژوهشگر: محمد باقر جهانی پشته
محمد باقر جهانی پشته بهروز میرزا
با کشف آنتروپی سیاه چاله و تابش هاوکینگ ترمودینامیک سیاه چاله ها به شاخه ای جذاب از کیهانشناسی و فیزیک انرژی های بالا تبدیل شد. سیاه چاله ها به عنوان یک سیستم گرانشی که از معادلات میدان انشتین به دست می آیند، رفتاری شبیه به سیستم های معمولی ترمودینامیک از خود نشان می دهند. یکی از این رفتارهای ترمودینامیکی، گذار فاز بین سیاه چاله های پایدار و ناپایدار است که اولین بار در سال 1977 توسط دیویس بررسی شد. سوال مهمی که بعد از مشاهده ی این گذار به ذهن می رسد مرتبه ی گذار است. مرتبه ی گذار فاز این را نشان می دهد که آنتروپی، حجم، پتانسیل الکتریکی و چند پارامتر دیگر در یک گذار به شکل گسسته تغییر می کنند یا پیوسته. اگر این تغییرات گسسته باشند گذار را مرتبه ی اول و در غیر این صورت به آن گذار از مرتبه بالاتر یا گذار پیوسته می گویند. این نوع تعریف گذار فازها به طبقه بندی اهرنفست معروف است. ما در این پایان نامه به بررسی گذار فاز ترمودینامیکی برای تعداد زیادی از سیاه چاله ها می پردازیم. برای طبقه بندی این گذار ها از روش اهرنفست استفاده می کنیم. در این سیاه چاله ها به خاطر ناپیوستگی گرمای ویژه که متناسب با مشتق دوم انرژی آزاد است، احتمال گذار مرتبه ی دوم وجود داشت. از آنجا که در هر گذار مرتبه ی دوم، معادلاتی موسوم به معالات اهرنفست باید برقرار باشند، ما این معادلات را در نقطه ی ناپیوستگی گرمای ویژه در هنگردهای مختلف سیاه چاله های دو پارامتری بررسی کردیم و نشان دادیم گذار فاز تعداد زیادی از این سیاه چاله ها در هنگردهای بندادی و بندادی بزرگ از مرتبه ی دو است. به تعریف ها و مفاهیم رایج در نظریه ی هنگردها برای سیاه چاله ها در جاهای مختلفی از کار خود اشاره داشته و از آن ها استفاده می کنیم. در هنگرد بندادی پارامترهای فزونور مانند بار الکتریکی و تکانه ی زاویه ای را در مرز سیاه چاله ثابت در نظر می گیریم در حالی که در هنگرد بندادی بزرگ این پارامترها می توانند بین سیستم و منبع تبادل شوند. در بخش دیگری از کار خود سیستم هایی با سه درجه ی آزادی را مورد بررسی قرار می دهیم. سیاه چاله ی کر-نیومن یک سیستم سه پارامتری است. در مورد این سیاه چاله علاوه بر هنگرد بندادی و بندادی بزرگ، دو هنگرد آمیخته نیز وجود دارد که در آن ها یک پارامتر فزونور و یک پارامتر نافزونور ثابت در نظر گرفته می شوند، در حالی که کمیت های همیوغ این پارامترها اجازه ی تغییر دارند. وجود ناپیوستگی در نمودار گرمای ویژه ی مربوط به هنگرد بندادی و دو هنگرد آمیخته از احتمال گذار مرتبه ی دوم خبر می دهد. اگرچه تفاوت هایی نیز با گذار معادل در سیستم های معمولی وجود دارد. در این جا ناپیوستگی گرمای ویژه از نوع بی نهایت است. برای اثبات مرتبه ی دوم بودن این گذارها معادلات اهرنفست معمولی کارایی خود را از دست می دهند، زیرا این معادلات برای سیستم هایی با دو درجه آزادی نوشته شده است در حالی که سیاه چاله ی کر-نیومن سه درجه ی آزادی دارد. در اینجا معادلات اهرنفست تعمیم یافته را برای هنگرد های مختلف به دست آوردیم. روابط اهرنفست تعمیم یافته شامل هفت معادله ی مستقل برای هر هنگرد می باشند و در آن ها شش پارامتر ظاهر می شوند که همگی در نقطه ی ناپیوستگی گرمای ویژه دارای تکینگی هستند. در این پایان نامه نشان داده شده است که معادلات اهرفست تعمیم یافته در نقطه ی ناپیوستگی گرمای ویژه در هنگرد بندادی و دو هنگرد آمیخته برقرار هستند. بنابراین سیاه چاله ی کر-نیومن در این هنگردها گذار فاز مرتبه ی دوم از خود نشان می دهد.