又一個(gè)能夠計(jì)算出黑洞視界上的霍金輻射公式誕生

物理學(xué)家開發(fā)出了一個(gè)公式來(lái)計(jì)算黑洞視界上的霍金輻射，這使得物理學(xué)家可以確定：通過對(duì)愛因斯坦的引力理論（廣義相對(duì)論）進(jìn)行量子修正，這種輻射將如何改變。這個(gè)公式將能讓物理學(xué)家通過觀察黑洞來(lái)測(cè)試不同版本量子引力理論的準(zhǔn)確性，并包括朝著長(zhǎng)期尋求將量子力學(xué)和相對(duì)論聯(lián)系起來(lái)的“大統(tǒng)一理論”邁出了一步，其研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論D》期刊上。

（標(biāo)題所述的公式如上圖）雖然愛因斯坦的引力理論（廣義相對(duì)論）與引力波相對(duì)應(yīng)。但引力理論（廣義相對(duì)論）仍然留下了一些懸而未決的問題，包括奇點(diǎn)的性質(zhì)、暗物質(zhì)、暗能量和量子引力問題。此外，即使對(duì)引力波的觀測(cè)，也不排除另一種引力理論可能是準(zhǔn)確的，它們可以用來(lái)描述黑洞。這些包含額外的量子理論與觀測(cè)到的黑洞合并圖景并不矛盾。

根據(jù)這些理論進(jìn)行的計(jì)算預(yù)測(cè)，在彼此相距很遠(yuǎn)的地方，黑洞行為是相同的。但同時(shí)，也展示了事件視界附近的重要特征，即進(jìn)入視界就沒有回頭路了。人們認(rèn)為不可能將目光投向黑洞的視界之外，因?yàn)闆]有任何東西可以逃脫，包括粒子和輻射。然而，斯蒂芬·霍金證明了黑洞可以通過發(fā)射各種基本粒子來(lái)“蒸發(fā)”。

這意味著，隨著時(shí)間的推移，黑洞吸收的所有信息都可能消失，這與人們對(duì)信息的基本看法背道而馳，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為信息不可能消失得無(wú)影無(wú)蹤。因此，旨在消除這一悖論的另類引力理論變得更加流行，因?yàn)樗鼈兛梢詾榱孔右碚撟龀鲐暙I(xiàn)。最有希望的方法之一是帶有伸縮子的愛因斯坦-伸縮子-高斯-波內(nèi)特理論，它應(yīng)用量子分量作為對(duì)廣義相對(duì)論的修正。

RUDN大學(xué)引力與宇宙學(xué)教育研究所研究員羅曼·科諾普亞表示：我們考慮的替代理論靈感來(lái)自弦理論的低能極限。也就是所謂具有伸縮子的愛因斯坦-伸縮-高斯-波內(nèi)特理論，除了愛因斯坦的部分，它還包含二次曲率項(xiàng)和標(biāo)量場(chǎng)。為了描述黑洞如何對(duì)外部引力擾動(dòng)做出反應(yīng)，宇宙學(xué)家使用了準(zhǔn)正則模的概念。模式是當(dāng)外界作用于黑洞時(shí)發(fā)生的振蕩，其特征取決于撞擊的力和黑洞本身的參數(shù)。

它們被稱為準(zhǔn)正規(guī)線，因?yàn)闀?huì)隨著時(shí)間的推移而衰減，而且它們的振幅只能在一小段時(shí)間內(nèi)測(cè)量到。這種振蕩通常用頻率來(lái)描述，它的實(shí)部是周期振蕩，虛部是衰減率。這位RUDN大學(xué)的物理學(xué)家與捷克共和國(guó)科學(xué)家安東尼娜·津海洛和茲登·霍金一起，在具有伸縮子的愛因斯坦-擴(kuò)張子-高斯-波內(nèi)特理論中：以一個(gè)四維、球?qū)ΨQ和漸近平坦的黑洞為背景，研究了試驗(yàn)場(chǎng)的經(jīng)典（準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)）和霍金輻射。

得到了準(zhǔn)正規(guī)模的Eikon態(tài)的解析式，并用它計(jì)算了測(cè)試標(biāo)量場(chǎng)和麥克斯韋場(chǎng)的準(zhǔn)正交模。并估算了愛因斯坦-膨脹-高斯-波內(nèi)特黑洞的霍金輻射強(qiáng)度。文本場(chǎng)是黑洞附近的所有場(chǎng)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诤诙吹谋尘吧蟼鞑ィɡ?，狄拉克?chǎng)或電磁場(chǎng)）?；艚疠椛浜偷依舜艌?chǎng)的強(qiáng)度被證明是一個(gè)明顯比其準(zhǔn)正交譜更敏感的特征。表明對(duì)這些場(chǎng)的能量發(fā)射率分別增加了57%和48%。

通過研究黑洞幾何結(jié)構(gòu)的量子修正，得到了黑洞霍金蒸發(fā)強(qiáng)度的估計(jì)值。經(jīng)典輻射（如電磁波或其他波）與愛因斯坦只有幾個(gè)百分點(diǎn)的不同，也就是說(shuō)，霍金輻射是一種更敏感的機(jī)制。準(zhǔn)正常模式是經(jīng)典輻射的頻率，與量子模式不同，它與愛因斯坦的情況差別不大。未來(lái)，也許通過觀察早期宇宙中出現(xiàn)的原始黑洞，這可能會(huì)證明對(duì)引力理論量子修正的想法。

編輯：jq