前言

引力理论近几十年最惊人的成就之一就是发现黑洞具有霍金(Hawking)辐射效应，这是霍金于1973年根据弯曲时空的量子场论首次证明的，黑洞的温度确实是真实的温度，其辐射谱为纯热谱。霍金辐射在2000年又取得了突破性进展。派瑞克(Parikh)和威尔塞克(Wilczek)把霍金辐射看作是半经典量子隧穿过程，指出霍金辐射谱不再是纯热谱，而是与隧穿粒子辐射前后黑洞的熵变有关，从而为黑洞信息丢失疑难问题提供了一个新的可能的解释。随后国内张靖仪和赵峥等人成功地把派瑞克和威尔塞克的工作推广到了更一般的稳态轴对称黑洞霍金辐射的情形，对黑洞信息丢失疑难问题作了更科学详尽的讨论。根据弦理论，我们的宇宙可能处于高维时空，并且随着膜世界理论的发展，在将来高能碰撞时为实验上探测高维黑洞霍金辐射及决定大的额外维数提供了可能性，因此高维黑洞和它们的性质成为了人们很感兴趣的问题。

尽管还没有建立完备自洽的量子引力理论，但是合并各种量子引力效应的各种模型是理解引力行为的有效方式。在各种量子引力模型中，例如弦论、圈量子引力以及非对易几何等理论都认为存在一个最小可观测长度，此最小可观测长度应具有普朗克尺度的量级。现在，人们研究量子引力的一个方向就是从最小可观测尺度出发，构建新的理论模型——广义不确定原理（generalized uncertainty principle,GUP）。针对黑洞物理中存在的一些问题，考虑GUP引起的量子引力效应，来研究黑洞隧穿辐射、残余及相变是非常值得探讨的课题。

根据反德西特/共形场理论(AdS／CFT)的对应，流形空间的AdS黑洞和规范场理论的强耦合系统对偶，在AdS背景下的相变可以提供全息对偶场理论的解释。AdS黑洞的热力学在理解全息对偶场的热性质中起着关键作用，而热力学中尤为引人注目的现象就是AdS时空中的相变。在全息框架下，在高维的AdS时空，探测毛发（hairy）黑洞的相的结构是非常有趣的。由于“毛发”的存在，毛发黑洞的解比广义相对论普通解变得更丰富。众所周知，在渐近平直时空，在广义相对论共形耦合标量场理论里，无毛定理禁止黑洞“毛发”的存在。然而，这一情形在渐近的高维AdS时空就变得很不同，那里，共形耦合解可以存在。对高维毛发黑洞的研究，可以得到全新的结论，在全息框架下探测5维AdS毛发黑洞的范德瓦耳斯(Van der Waals)相变是非常有意义的工作。

本书的研究内容涉及黑洞的量子效应、信息丢失疑难、相变、引力修正及全息性质等相关问题。本书内容深入浅出，思路清晰，便于读者掌握。前3章主要讨论了高维黑洞标量粒子和自旋粒子量子隧穿辐射问题。作者尽可能详尽地阐述了所用研究方法、具体计算过程、所得结论、解决问题的关键，希望能给读者带来有益的启发。第4章和第5章详细分析了黑洞演化后期，接近普朗克尺度时的相变与残余的稳定性，及GUP对黑洞相变的影响。第6章在全息框架下，利用黑洞熵、纠缠熵、两点关联函数和威尔逊圈(Wilson loop)探讨了包括标量场毛发效应的5维AdS毛发黑洞的全息范德瓦耳斯相变。本书后3章研究了黑洞相变，在注重科学性的同时突出物理图像，以便读者能更好地理解其物理含义。全书注重将理论物理基础知识与黑洞物理的前沿衔接起来，希望能引起读者思考，走近科学前沿。

本书内容基于作者长期所做的科研工作及指导研究生科研所取得的成果，此外书中的部分内容还包含了作者博士研究生期间的部分研究成果。作者曾长期从事黑洞物理方面的教学及研究，在沈阳师范大学为理论物理专业的研究生讲授“广义相对论”和“黑洞物理”课程，使用教材为赵峥、刘文彪著的《广义相对论基础》，刘辽、赵峥、田贵花、张靖仪著的《黑洞与时间的性质》，在教学过程中作者不断加深了对广义相对论和黑洞物理的理解。作者曾多次阅读过刘辽先生的《广义相对论》、赵峥先生的《黑洞的热性质与时空奇异性》、王永久先生的《引力论与宇宙论》、徐仁新先生的《天体物理导论》和俞允强先生的《广义相对论引论》，使作者受益匪浅。

本书作者于2003年在杨树政先生指引下跨入了黑洞物理的研究大门，一直到现在还追随先生学习和研究黑洞物理。作者早在2005年有幸在黑洞量子隧穿辐射及信息疑难方面得到了赵峥先生、张靖仪教授、任军博士的指导，使作者很快投入到了该领域的研究。后来与吴双清教授、蒋青权教授、曾晓雄教授、陈德友教授、冯中文博士等关于GUP及黑洞相变等问题进行了积极的探讨与交流，得到了大力帮助。作者在此对他们表示衷心的感谢！

本书所涉及的部分研究工作，得到了国家自然科学基金青年科学基金（项目编号： 11703018）的资助。

由于作者水平有限，疏漏和不足之处在所难免，敬请读者批评指正！