SUPERVISOR
Behrouz Mirza,Moslem Zareei
بهروز میرزا (استاد راهنما) مسلم زارعی (استاد مشاور)
STUDENT
Seyed Ali Hosseini Mansoori
سیدعلی حسینی منصوری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
A new geometric representation for thermodynamics of black hole
In this thesis, we study the thermodynamics and the thermodynamic geometries of various black holes. We investigate the thermodynamics of these black holes within the context of the Weinhold and Ruppeiner thermodynamic geometries and the recently developed formalism of geometrothermodynamics (GTD). Considering the behavior of the heat capacity and the Hawking temperature, we show that Weinhold and Ruppeiner geometries cannot describe completely the thermodynamics of these black holes. In contrast, in the space of thermodynamic equilibrium states a Legendre invariant metric gives us all the information about the thermodynamics of black holes. Of course the curvature of this thermodynamic metric becomes singular at those points where, according to the analysis of the heat capacities, phase transitions occur. This means that singularities of the scalar curvature are exactly given by the phase transition points. Recently, a new solution of Enistein-anti-Maxwell theory with cosmological constant, which is called Phantom Reier-Nordstrom-AdS black hole solution (anti- Reier- Nordstrom- (A) de sitter) has been investigated. For studying the thermodynamic properties of this solution, it is necessary to express the mass (energy) in terms of the radius of the events horizon and the charge. Considering the first law of thermodynamic and mass function, it is simple to calculate intensive variables such as the Hawking temperature and the electric potential for Phantom black hole. The thermodynamic properties of Phantom Reier-Nordstrom-AdS black hole solution can be analysed in many ways. One of them is the usual study made by Davies. But there are other methods well established both physically and mathematically, which are similarly used to study the thermodynamic properties, such as that of the Geometrothermodynamics and that of Hamiltonian thermodynamics. For Phantom Reier-Nordstrom-AdS black hole, it has been verified that the phase transition points of the specific heat are incompatible with the singularities of the scalar curvature using the Geometrothermodynamic method (GTD). Thus, the Geometrodynamics method is not able to provide the same result for the analysis done by the heat capacity of anti-RN-AdS black holes and RN-AdS black hole. In this work, we propose a new formulation for the thermodynamic geometry of black holes. This formulation leads to correct relation between heat capacity and curvature singularities. A recent study shows that Geometrothermodynamics fails to represent all singularities of the specific heat for the Phantom black hole while our formulation gives correct results in this case. We also investigated a large clan of black holes where in all of them the singularity of specific heat corresponds to that of scalar curvature. We conclude that our method can be used as a correct and simple formulation of thermodynamic geometry and is also applicable to physics of black holes. Keywords: Thermodynamic geometry, The specific heat, Scalar curvature
در این پایان نامه، ترمودینامیک و نمایش هندسی ترمودینامیک سیاهچالههای مختلف را مورد مطالعه قرارمیدهیم. به منظور شناخت بهتر سیاهچالهها مختلف ، استفاده از مفاهیم هندسهی ترمودینامیکی راپنیر و وینهلد و نیز روش ناوردای لژاندر از اهمیت بسیاری برخوردار است. با در نظر گرفتن رفتار ظرفیت گرمایی و دمای هاوکنیگ، میتوان نشان داد که استفاده مستقیم از هندسهی راپنیر نمیتواند به طور کامل خواص ترمودینامیکی سیاهچالهها را توصیف کند. اما در مقابل در فضای حالات تعادلی ترمودینامیک ، روش ناوردای لژاندر اطالاعات درستی در مورد ترمودینامیک سیاهچالهها را به ما میدهد به طوری که در بسیاری از سیاهچالهها، مشاهده میشود که تکینگیهای خمش اسکالرمربوط به متریک ناوردای لژاندر دقیقاً در نقاط گذار فاز مربوط به ظرفیت گرمای اتفاق میافتند به عبارت دیگر نقاط واگرایی ظرفیت گرمایی همان نقاط تکینگی خمش هستند. اخیراً حل جدیدی از نظریه ماکسول- پاد- انیشتین با ثابت کیهانشناسی به نام فانتوم ریسنرنردستروم در فضای پاد دوسیته به دست آمده است. به منظور مطالعه خواص این حل نیاز به داشتن تابعی از انرژی (جرم) بر حسب عبارتی از افق رویداد بیرونی و بار سیاهچاله فانتوم ریسنر نردستروم داریم که از فرمول مربوط به متریک فضا زمان به دست آمده از حل کنش ماکسول- پاد- انیشتین ، حاصل میشود. با توجه به قانون اول ترمودینامیک و تابع جرم میتوان کمیتهای نافزونبر از جمله دمای هاوکینگ و نیز پتانسیل الکتریکی مربوط به سیاهچاله فانتوم ریسنر نردستروم را محاسبه کرد. به طور کلی خواص ترمودینامیک سیاهچاله فانتوم را میتوان با روشهای زیادی تحلیل کرد، یکی از این روشها، روش معمول دیویس است. اما روشهای مفید دیگری وجود دارند که هم از لحاظ ریاضی و هم از لحاظ فیزیکی قابل توجیح هستند. از مهمترین این روشها میتوان به روش ناوردای لژاندر و روش ترمودینامیک هامیلتونی اشاره کرد. استفاده از روش ناوردای لژاندر برای سیاهچاله فانتوم ریسنر نردستروم نشان میدهد که نقاط گذار فاز از ظرفیت گرمایی با نقاط تکینگی خمش اسکالر از متریک ناوردای لژاندر ناسازگاری دارد. بنابراین، روش ناوردای لژاندر در توضیح تطابق میان گذار فازها و تکینگیهای خمش اسکالر ناتوان است. در این پایان نامه، روش جدیدی برای نمایش هندسی ترمودینامیک سیاهچالهها را پیشنهاد شده است. این فرمولبندی ما را به برقراری ارتباط صحیح میان نقاط گذار برای ظرفیت گرمایی و تکینگیهای خمش رهنمود میکند. با استفاده از این فرمولبندی جدید از نمایش هندسی میتوان به نتایج درستی برای سیاهچاله فانتوم ریسنر نوردستروم رسید به عبارت دیگر با این روش برای توضیح بهتر از هندسه سیاهچاله فانتوم ریسنر نوردسترم در فضای پاد دوسیته، قادر به بیان هم خوانی بین نقاط گذار فاز و نقاط واگرای خمش اسکالر هستیم. روش ناوردای لژاندر (متریک کودو) نقاط اضافهای که در آنها اسکالر خمش واگرا است را به ما میدهد که شامل نقاط گذار نیستند. ما این روش را برای شمار زیادی از سیاهچالهها شناخته شده بکار بردیم که در تمام آنها تکینگیهای ظرفیت گرمای و خمش اسکالر بر هم منطبق هستند. اثبات دقیقی نیز در حالت کلی ارائه شده که نشانگر انطباق نقاط گذار فاز و واگرای خمش اسکالر است. بنابراین نتیجه میگیریم روش ما میتواند به عنوان یک روش ساده و درست و منطقی از نمایش هندسی ترمودینامیک سیاهچالهها استفاده شود. کلمات کلیدی : نقاط گذار فاز ، نقاط تکینگی خمش ، روش ناوردای لژاندر ، نمایش هندسی ترمودینامیک