Beregning af Hawking-stråling ved begivenhedshorisonten for et sort hul

En RUDN University fysiker har udviklet en formel til beregning af Hawking-stråling på begivenhedshorisonten af ​​et sort hul, som gør det muligt for fysikere at bestemme, hvordan denne stråling ville blive ændret med kvantekorrektioner til Einsteins tyngdekraftsteori. Denne formel vil give forskere mulighed for at teste nøjagtigheden af ​​forskellige versioner af kvantetyngdekraftsteorien ved at observere sorte huller, og omfatter et skridt mod den længe søgte "store foreningsteori", der ville forbinde kvantemekanik og relativitet. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Fysisk gennemgang D .

Selvom Einsteins gravitationsteori svarer til den nylige opdagelse af gravitationsbølger, det lader stadig nogle spørgsmål stå åbne, herunder arten af ​​singulariteten, mørkt stof, mørk energi, og spørgsmålet om kvantetyngdekraften. Også, selv observationer af gravitationsbølger udelukker ikke, at alternative gravitationsteorier kan være nøjagtige, og de kan bruges til at beskrive sorte huller. Sådanne teorier, som omfatter yderligere kvantekomponenter, modsiger ikke det observerede billede af sorte hul-fusioner. Beregninger foretaget efter disse teorier forudsiger den samme adfærd af sorte huller i stor afstand fra hinanden, men samtidig, demonstrere vigtige træk nær begivenhedshorisonten - "grænsen" af det sorte hul, hvorfra der ikke er nogen tilbagevenden.

Det menes umuligt at se ud over begivenhedshorisonten af ​​et sort hul, fordi intet kan undslippe, herunder partikler og stråling. Imidlertid, Stephen Hawking beviste, at sorte huller kan "fordampe" ved at udsende forskellige elementarpartikler. Det betyder, at over tid, al information absorberet af et sort hul kan forsvinde, hvilket er i modstrid med grundlæggende ideer om information - man mener, at information ikke kan forsvinde sporløst. Derfor, alternative gravitationsteorier, sigte på at eliminere dette paradoks, er blevet mere populære, da de kunne bidrage til en kvantegravitationsteori.

En af de mest lovende tilgange er Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-teorien med dilaton - den anvender kvantekomponenter som en korrektion til teorien om generel relativitet.

"Den alternative teori, vi har overvejet, er inspireret af strengteoriens lavenergigrænse, den såkaldte Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet teori med dilaton. Ud over Einstein-delen, den indeholder kvadratiske krumningstermer og et skalarfelt, "Romerske Konoplya, en forsker ved Educational and Research Institute of Gravitation and Cosmology ved RUDN University, siger.

For at beskrive, hvordan et sort hul reagerer på eksterne gravitationsforstyrrelser, kosmologer bruger begrebet kvasinormale tilstande. Modes er oscillationer, der opstår, når en ekstern handling på et sort hul, hvis egenskaber afhænger af slagets kraft og parametrene for selve det sorte hul. De kaldes kvasinormale, fordi de falmer over tid, og deres amplitude kan kun måles i en lille periode. Sådanne svingninger beskrives normalt ved at bruge frekvens som et komplekst tal, den reelle del er de periodiske svingninger, og det imaginære - henfaldshastigheden.

RUDN Universitetets fysiker, sammen med de tjekkiske videnskabsmænd Antonina Zinhailo og Zdeněk Stuchlík, studeret klassisk (kvasinormal) og kvante (Hawkings) stråling af testfelter på baggrund af en firedimensionel, sfærisk symmetrisk og asymptotisk fladt sort hul i Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-teorien med dilaton. De opnåede en analytisk formel for den eikonale tilstand af kvasinormale tilstande og brugte den til at beregne de kvasinormale tilstande af testskalaren og Maxwells felter og estimerede Hawking-strålingsintensiteten for det sorte hul i Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet.

Tekstfelter er alle felter i nærheden af ​​et sort hul, fordi de forplanter sig på dets baggrund (f.eks. et Dirac-felt eller et elektromagnetisk felt). Intensiteten af ​​den elektromagnetiske stråling fra Hawking og Dirac-feltet viste sig at være en væsentlig mere følsom karakteristik end dens kvasinormale spektrum, viser en stigning i energiudledningen med henholdsvis 57 procent og 48 procent til felterne.

"Vi opnåede et skøn over intensiteten af ​​Hawking-fordampningen af ​​sorte huller ved at tage højde for kvantekorrektioner til det sorte huls geometri, " slutter Roman Konoplya.

"Klassisk stråling (f.eks. elektromagnetiske eller andre bølger) adskiller sig fra Einsteins kun få procent, det er, Hawking-stråling er en meget mere følsom mekanisme. Kvasinormale tilstande er frekvenserne af klassisk stråling, hvilken, i modsætning til kvantetilstande, adskiller sig lidt fra Einstein-sagen. I fremtiden, måske ved at observere de primære sorte huller, der dukkede op i det tidlige univers, dette kan tydeliggøre vores ideer om kvantekorrektioner til tyngdekraften."