物理學(xué)家開發(fā)出了一個公式來計算黑洞視界上的霍金輻射，這使得物理學(xué)家可以確定：通過對愛因斯坦的引力理論（廣義相對論）進(jìn)行量子修正，這種輻射將如何改變。

這個公式將能讓物理學(xué)家通過觀察黑洞來測試不同版本量子引力理論的準(zhǔn)確性，并包括朝著長期尋求將量子力學(xué)和相對論聯(lián)系起來的“大統(tǒng)一理論”邁出了一步，其研究成果發(fā)表在《物理評論D》期刊上，雖然愛因斯坦的引力理論（廣義相對論）與引力波相對應(yīng)。

（標(biāo)題所述的公式如上）但引力理論（廣義相對論）仍然留下了一些懸而未決的問題，包括奇點的性質(zhì)、暗物質(zhì)、暗能量和量子引力問題。此外，即使對引力波的觀測，也不排除另一種引力理論可能是準(zhǔn)確的，它們可以用來描述黑洞。這些包含額外的量子理論與觀測到的黑洞合并圖景并不矛盾。根據(jù)這些理論進(jìn)行的計算預(yù)測，在彼此相距很遠(yuǎn)的地方，黑洞行為是相同的。但同時，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，因為沒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“蒸發(fā)”。這意味著，隨著時間的推移，黑洞吸收的所有信息都可能消失，這與人們對信息的基本看法背道而馳，因為人們認(rèn)為信息不可能消失得無影無蹤。因此，旨在消除這一悖論的另類引力理論變得更加流行，因為它們可以為量子引力理論做出貢獻(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)用量子分量作為對廣義相對論的修正。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和標(biāo)量場。為了描述黑洞如何對外部引力擾動做出反應(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，因為會隨著時間的推移而衰減，而且它們的振幅只能在一小段時間內(nèi)測量到。這種振蕩通常用頻率來描述，它的實部是周期振蕩，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：

以一個四維、球?qū)ΨQ和漸近平坦的黑洞為背景，研究了試驗場的經(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，并用它計算了測試標(biāo)量場和麥克斯韋場的準(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。文本場是黑洞附近的所有場，因為它們在黑洞的背景上傳播(例如，狄拉克場或電磁場)?；艚疠椛浜偷依舜艌龅膹?qiáng)度被證明是一個明顯比其準(zhǔn)正交譜更敏感的特征。

表明對這些場的能量發(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)度的估計值。經(jīng)典輻射（如電磁波或其他波）與愛因斯坦只有幾個百分點的不同，也就是說，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，也許通過觀察早期宇宙中出現(xiàn)的原始黑洞，這可能會證明對引力理論量子修正的想法。

博科園｜研究/來自：RUDN大學(xué)

參考期刊《物理評論D》

DOI: 10.1103/PhysRevD.99.124042

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