近日，物理學院理論物理團隊肖勇副教授和中科院大學田雨教授、蘭州大學劉玉孝教授合作，在黑洞的拓展熱力學方面取得重要研究進展。相關工作“Extended black hole thermodynamics from extended Iyer-Wald formalism”以河北大學為第一單位發表在物理學頂級期刊Physical Review Letters上（132, 021401 (2024)），肖勇為該論文的第一作者和共同通訊作者。

黑洞熱力學是當前量子引力研究的前沿課題，黑洞熵公式把物理學中最重要的幾個基本自然常數聯系了起來，揭示了引力、量子力學和統計物理之間的深刻聯系。對于黑洞熱力學的研究，激發了最近二三十年量子引力方面的很多突破性的新思想和新方法，包括全息原理、糾纏和時空等，極大增進了對于引力本質的認識。

近年來，拓展的黑洞熱力學得到了廣泛的關注和研究。將引力作用量中的宇宙學常數和其它耦合參數作為熱力學變量，可給出黑洞的拓展熱力學形式；這種拓展熱力學形式具有豐富的物理內涵和理論應用。然而，在早期文獻中，拓展的熱力學第一定律總是被作為先驗的假設使用，然后再在此基礎上導出熱力學體積等共軛量。于是，隨之而來的問題是：拓展熱力學是一種人為的設定，還是植根于引力理論本身？是否存在一個基本的理論框架，能自然地導出拓展的黑洞熱力學？

該項研究解決了這個長期存在且非常重要的問題，研究發現，對Iyer-Wald形式化方法進行適當的拓展，就可以自然地導出拓展的黑洞熱力學。該研究不僅揭示了拓展黑洞熱力學的底層理論結構，還進一步提供了一個新穎和系統的方法來計算拓展黑洞熱力學中耦合參數的共軛量。

該工作得到了國家自然科學基金和河北省自然科學基金的支持。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021401

（物理學院、科學與技術創新研究院 供稿）