科學家用弦理論解開黑洞光子球外粒子行為之謎

宇宙物理與數學研究所(Kavli IPMU)所長Ooguri Hirosi和項目研究員Matthew Dodelson關於黑洞光子球外的弦理論效應的論文入選了《物理評論D》雜志的 “編輯精選”,他們的論文於2021年3月24日發表。

科學家用弦理論解開黑洞光子球外粒子行為之謎

在點粒子的量子理論中,一個基本量是相關函數,它衡量粒子從一個點傳播到另一個點的概率。當兩點通過光樣軌跡連接時,相關函數會形成奇點。在平坦的時空中,有這樣一個唯一的軌跡,但當時空是彎曲的,可以有許多光樣軌跡連接兩點。這是引力透鏡作用的結果,引力透鏡描述的是彎曲的幾何體對光的傳播的影響。

在黑洞時空的情況下,有類似光的軌跡多次繞過黑洞,從而形成黑洞光子球,就像事件地平線望遠鏡(EHT)最近拍攝的位於M87星系中心的超大質量黑洞的圖像一樣。

2019年4月10日發布,EHT合作的圖像捕捉到了黑洞及其光子球的影子,也就是它周圍的光環。光子球會出現在黑洞的一個區域,在這個區域中,以水平方向進入的光線會被引力強迫在不同的軌道上運行。這些軌道會導致上述相關函數的奇異性。

而,在有些情況下,繞黑洞多次的軌跡所產生的奇異性與物理預期相矛盾。Dodelson和Ooguri已經證明,這種奇異性在弦理論中得到了解決。

在弦理論中,每一個粒子都被認為是一個弦的特定激發態。當粒子沿着近似光的軌跡繞着黑洞行進時,時空曲率導致潮汐效應,使弦被拉伸。

Dodelson和Ooguri表明,如果將這些效應考慮在內,奇點消失與物理預期一致。他們的研究結果提供了證據,證明一個一致的量子引力必須包含弦等延伸物體作為其自由度。

Ooguri說:”我們的結果顯示了弦理論效應如何在黑洞附近得到增強。雖然我們發現的效應還不夠強,不足以對ETH的黑洞圖像產生可觀察的後果,但進一步的研究可能會給我們展示一種利用黑洞測試弦理論的方法。”

來源:cnBeta