膜世界模型中的黑洞研究

人们研究发现在实践上：额外维度及其黑洞极有可能在当今的大型强子对撞机（LHC）中被CMS实验所探测到；加上在理论上：膜世界模型利用额外维空间成功稀释掉普朗克能量标度与弱电能量标度之间的差异，解决了标准模型中已久的等级疑难。一时间，额外维以及额外维中的黑洞成为引力理论中一大热点。根据当前引力理论发展的趋势，本项目拟以膜世界中的黑洞为研究对象，引力子以及不带电的标量粒子可以在bulk中自由传播，而物质经典场被限制在膜上，由于引力的作用，物质场不可避免遭遇引力塌缩，从而形成黑洞。此强引力塌缩体在膜上看去仍为一球状体，而由于引力对膜的穿透，在整个bulk中看去则呈一弦状结构，故有时也称之为黑弦。本项目拟研究包括膜世界中黑洞的辐射、黑洞的熵，黑洞的面积量子化等在内的强引力场各种基本性质，并以经典的四维情况作为对照分析，以期望找到黑洞附近额外维存在的效应，从而加深我们对额外维中强引力场的理解。

项目按照预定计划与目标开展，我们进行了如下七个方面的研究：引力中的自引力相互作用、渐近平坦红外修正对数熵、关于费米子热力学性质与扰动场的研究、关于非渐进平坦的的霍金辐射的研究、太阳系观测对新引力的限制、面积量子化与快速衰减似正规模式、红外修改量子统计熵等方面的研究。在引力中的自引力相互作用的研究中，我们发现（4+1）维与（3+1）维黑洞的遂穿粒子的熵与该黑洞的热力学熵是一致的。在z=4 Horava-Lifshitz引力中热力学与量子遂穿之间是相互兼容的。在渐近平坦红外修正对数熵的研究中，我们发现无质量和有质量两类型的粒子拥有完全相同的辐射率和粒子辐射熵，该对数熵可以用辐射粒子的自引力效应来解释。在费米子热力学性质与扰动场的研究中，我们发现费米子扰动的实际频率要高于普通Schwarzschild的情况，而且衰减率要小于纯的Schwarzschild的情况，QN模能够存在时间更长。此外，还获得了费米子虚部所提供的遂穿Hawking温度与遂穿熵。在非渐进平坦的的霍金辐射的研究中，我们发现对于视界小于某一临界值时，该小黑洞是稳定的，热容为正。但是对于视界大于某一临界值时，该大黑洞是非常不稳定的，其热容为负。对比于KS黑洞情况，不难发现宇宙学常数对熵的影响是相当明显的。在太阳系观测对新引力限制的研究中，我们发现对于传播光子的偏折角随着引力参数ω的增大而增大。对于地球系统，在12%精度内有|ωM2| > 1.2×10-16；对于木星系统，在17%的精度内有|ωM2| > 8.3×10-17；对于太阳系，在0.17%的精度内有|ωM2| > 8.3×10-15。在面积量子化与快速衰减似正规模式的研究中，我们发现渐进非平坦的时空结构导致：在内部的事件视界处面积谱与熵谱是精确等间距的，在外部的宇宙学视界却是非等间距的。在红外修改量子统计熵的研究中，我们发现如果我们从量子统计的角度来看，砖墙熵与广义测不准原理熵与黑洞的事件面积应该是成正比的。