科学家用弦理论解开黑洞光子球外粒子行为之谜

2021年04月08日 20:25 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

宇宙物理与数学研究所(Kavli IPMU)所长Ooguri Hirosi和项目研究员Matthew Dodelson关于黑洞光子球外的弦理论效应的论文入选了《物理评论D》杂志的 "编辑精选",他们的论文于2021年3月24日发表。

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在点粒子的量子理论中,一个基本量是相关函数,它衡量粒子从一个点传播到另一个点的概率。当两点通过光样轨迹连接时,相关函数会形成奇点。在平坦的时空中,有这样一个唯一的轨迹,但当时空是弯曲的,可以有许多光样轨迹连接两点。这是引力透镜作用的结果,引力透镜描述的是弯曲的几何体对光的传播的影响。

在黑洞时空的情况下,有类似光的轨迹多次绕过黑洞,从而形成黑洞光子球,就像事件地平线望远镜(EHT)最近拍摄的位于M87星系中心的超大质量黑洞的图像一样。

2019年4月10日发布,EHT合作的图像捕捉到了黑洞及其光子球的影子,也就是它周围的光环。光子球会出现在黑洞的一个区域,在这个区域中,以水平方向进入的光线会被引力强迫在不同的轨道上运行。这些轨道会导致上述相关函数的奇异性。

而,在有些情况下,绕黑洞多次的轨迹所产生的奇异性与物理预期相矛盾。Dodelson和Ooguri已经证明,这种奇异性在弦理论中得到了解决。

在弦理论中,每一个粒子都被认为是一个弦的特定激发态。当粒子沿着近似光的轨迹绕着黑洞行进时,时空曲率导致潮汐效应,使弦被拉伸。

Dodelson和Ooguri表明,如果将这些效应考虑在内,奇点消失与物理预期一致。他们的研究结果提供了证据,证明一个一致的量子引力必须包含弦等延伸物体作为其自由度。

Ooguri说:"我们的结果显示了弦理论效应如何在黑洞附近得到增强。虽然我们发现的效应还不够强,不足以对ETH的黑洞图像产生可观察的后果,但进一步的研究可能会给我们展示一种利用黑洞测试弦理论的方法。"

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