彭罗斯过程的热力学优化：一种工程师视角的黑洞热力学

在本工作中，我们提出了一种关于黑洞热力学的新视角，通过采用热力学优化与有限时间热力学引入不可逆效应。这些问题在物理学与工程学中均具重要性，其将标准热力学与最优控制理论相结合，以期在不对涉及的微观物理作任何假设的情况下，为真实过程寻找最优协议与界限。我们发现了涉及黑洞的热力学过程的最大功与效率的一般界限，这些界限可仅由平衡态热力学关系推导得出。由于这些新界限考虑了过程的有限持续时间，它们比其可逆对应物更为现实且严格。为阐释我们的论证，我们详细考虑了彭罗斯过程的热力学优化，即寻找在有限时间内从克尔黑洞提取全部角动量的最小耗散过程的问题。我们讨论了我们的结果对于真实天体物理现象、与实验室黑洞类比物的比较以及黑洞热力学其他理论方面的相关性。