Strengteori løser mysteriet om, hvordan partikler opfører sig uden for en sort huls fotonkugle

Et papir fra Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) direktør Ooguri Hirosi og projektforsker Matthew Dodelson om de strengteoretiske effekter uden for det sorte huls fotonsfære er blevet udvalgt til tidsskriftets "Redaktørers forslag" Fysisk gennemgang D . Deres papir blev offentliggjort den 24. marts, 2021.

I en kvanteteori om punktpartikler, en fundamental størrelse er korrelationsfunktionen, som måler sandsynligheden for, at en partikel forplanter sig fra et punkt til et andet. Korrelationsfunktionen udvikler singulariteter, når de to punkter er forbundet med lyslignende baner. I en flad rumtid, der er sådan en unik bane, men når rumtiden er buet, der kan være mange lyslignende baner, der forbinder to punkter. Dette er et resultat af gravitationslinser, som beskriver effekten af ​​buet geometri på lysets udbredelse.

I tilfælde af et sort hul rumtid, der er lyslignende baner, der snor sig rundt om det sorte hul flere gange, resulterer i en sort hul-fotonkugle, som det ses på de seneste billeder fra Event Horizon Telescope (EHT) af det supermassive sorte hul i midten af ​​galaksen M87.

Udgivet den 10. april, 2019, EHT Collaborations billeder fangede skyggen af ​​et sort hul og dets fotonkugle, lysringen omkring den. En fotonkugle kan forekomme i et område af et sort hul, hvor lys, der kommer ind i vandret retning, kan tvinges af tyngdekraften til at rejse i forskellige baner. Disse baner fører til singulariteter i den førnævnte korrelationsfunktion.

Imidlertid, der er tilfælde, hvor singulariteterne genereret af baner, der snor sig rundt om et sort hul flere gange, er i modstrid med fysiske forventninger. Dodelson og Ooguri har vist, at sådanne singulariteter er løst i strengteori.

I strengteori, hver partikel betragtes som en bestemt exciteret tilstand af en streng. Når partiklen bevæger sig langs en næsten lyslignende bane rundt om et sort hul, rumtidskrumningen fører til tidevandseffekter, som strækker snoren.

Dodelson og Ooguri viste, at hvis man tager disse effekter i betragtning, singulariteterne forsvinder i overensstemmelse med fysiske forventninger. Deres resultat giver bevis for, at en konsekvent kvantetyngdekraft skal indeholde udvidede objekter såsom strenge som dens frihedsgrader.

Ooguri siger, "Vores resultater viser, hvordan strengteoretiske effekter forstærkes nær et sort hul. Selvom de effekter, vi fandt, ikke er stærke nok til at have en observerbar konsekvens på ETH's sorte hul-billede, yderligere forskning kan vise os en måde at teste strengteori ved hjælp af sorte huller."