经典物质的引力与非平衡态热力学

最近关于“引力是一种熵力”[3]（亦见[4]）的提议，重新激起了人们从热力学角度推导引力（更准确地说是爱因斯坦方程）的兴趣[1, 2]。尽管与最初的提议相比，我认为这一最新提议中为该主张辩护的论据相当特设（ad hoc）且过于简化，但我毫无保留地支持深入探索引力与热力学之间关系的呼吁。这与我长期持有的观点精神一致，即广义相对论是某种底层时空微观结构理论的流体动力学极限[5, 6]——所有这些提议，连同[7, 8]的提议，都证明了引力的涌现性质[9]。在这两篇系列论文的第一篇中，我们设定了一个温和的目标，即仅研究经典物质的非平衡态热力学，并提出一些有趣的先前结果，而不引入任何量子考量，如贝肯斯坦-霍金熵（Bekenstein-Hawking entropy）、全息原理（holography）或安鲁效应（Unruh effect）。这是为了理解经典引力的非平衡态性质，而这正是黑洞物理学许多显著特征的根源。从自引力气体到黑洞，引力系统的一个重要性质是它们的负热容，这是许多非同寻常的动力学和热力学特征的源头，例如孤立系统中不存在热力学稳定构型，而这实际上提供了引力稳定性的条件。一个相关的性质是，作为具有长程相互作用的系统，它们是非广延的（nonextensive），且向平衡态的弛豫极其缓慢。在这里，我们探讨了从这种经典非平衡态视角可以推导出多少已知的黑洞热力学特征。续篇论文将探讨引力与量子场的非平衡态热力学[10]。