物理学院王志伟研究成果在《Nature Communications》上发表

时间:2018-08-22    点击:

  7月30日,物理学院2016届唐敖庆班本科毕业生,我院预留师资王志伟在自然出版集团旗下的《自然-通讯》发表题为《远离黑洞视界的普通表面不满足热力学定律》(“Surfaces away from horizons are not thermodynamic”)的纯理论研究工作。王志伟为论文的第一作者兼通讯作者,ag真人娱乐为论文的第一单位。

  上世纪七十年代,Bekenstein和霍金等人证明了黑洞视界(horizon)具有温度,黑洞熵正比于其表面积;这一结论现已广泛的被理论物理学家所接受。2011年,Erik Verlinde基于普通平面(全息屏)也具有温度和熵这一假设,证明了引力只是一种熵力,爱因斯坦方程也可以由此推导出来。这一理论轰动了整个理论物理界,因为这意味着一种包含广义相对论的更广泛的理论(相对论++)可能即将产生。文章发表仅七年就被引逾千次,并于今年六月份被今日物理(Physics Today)评为自2010年以来最具影响力的五篇物理论文之一(排名第三)。

  然而,Erik Verlinde文章中普通平面具有温度和熵这个基本假设却是直接推广自霍金等人的黑洞热力学定律,没有经过严格证明。为验证这个假设的真实性,王志伟和其导师Samuel L. Braunstein教授推广了霍金等人1973年的经典分析,严格的把关于黑洞热力学第一定律的分析从“黑洞视界”推广到“任意普通平面”。结果证实,黑洞视界严格满足热力学第一定律,而普通平面不满足热力学第一定律,这就意味着普通平面并不具备热力学意义上的温度和熵。所以Erik Verlinde文章中关于普通平面具有温度和熵的基本假设是错误的。王志伟和Braunstein的研究结论从根本上证明了这一理论和广义相对论是不相容的,同时Erik Verlinde提出的理论也并不是包含广义相对论的新理论。

  另外,Kip Thorne(2017年诺贝尔物理学奖得主)于上世纪八十年代猜想黑洞的延伸视界应该也是符合热力学第一定律的,然而三十多年来没人能证明这一猜想。王志伟和Braunstein教授的工作也第一次严格证明了这一猜想的正确性。

  这项研究工作使依赖于全息屏的量子引力学分支由原来的直接包含广义相对论变成与之不相容,将逼迫这一理论重新讨论其基本假设;如果讨论不成功,将有可能彻底终结这一新兴理论。与此同时,延伸视界符合热力学规律的猜想第一次得到严格证明,由猜想变成了拥有更稳定根基的理论。

  文章发表后,王志伟和Braunstein教授接受了科学媒体Phys.org的专访。Phys.org以“Study finds flaw in emergent gravity”为题对该工作进行了报道。迄今,该报道已经被包括被Inquisitr在内的多个新闻网站转载、转发七百余次。

  王志伟曾获真人娱乐自强自立标兵,物理学院院长奖学金,本科就以第一作者兼通讯作者在“Scientific Reports”上发表研究论文,毕业后经学校讨论破格录取为我校预留师资。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05433-9

Phys.org报道链接:https://phys.org/news/2018-08-flaw-emergent-gravity.html

物理学院

教务处

2018-8-22

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