引力物理中量子效应的研究

This project aims to study the quantum effects in gravity physics, including the following three topics. The first topic is the theoretical investigation on quantum effects of gravity. In the framework of loop quantum gravity, doubly special relativity as well as rainbow gravity, we plan to investigate the quantum gravity effects, which mainly involve the impact of discrete quantum geometry on gravity, the modification of Lorentz symmetry at Planck scale and the generalization of uncertainty relation in quantum mechanics. The second is on the quantum gravity phenomenology. Based on gravitational waves, black holes and very early universe, we will explore the observable signature of quantum gravity effects, at the same time investigate the impacts of these effects on the radiation of gravitational waves, the evolution of the universe at early stage as well as the evaporation of black holes. The third topic is on the influence of gravity (including both classical and quantum gravity) on the quantum experiments. Inspired by recent progress in the field of ultracold atoms, we plan to explore the possibility of testifying quantum gravity effects in laboratory. Above research and investigation will provide more insights into the evolution of the universe and black holes, and conversely push the establishment of theory on quantum gravity forward. Moreover, it is expected that this project would provide scientific topics and objectives for the coming national space project in future.

本项目旨在开展引力物理中量子效应的研究,研究内容主要包括以下三个方面:一是量子引力效应的理论研究,在圈量子引力、双狭义相对论以及彩虹引力等基础理论框架下探讨引力的量子效应，主要有分立量子几何对引力的影响,普朗克尺度下洛伦兹对称性的修正与量子理论中不确定关系的推广；二是量子引力效应的唯象研究，以引力波、黑洞和极早期宇宙为舞台，探讨量子引力效应的可观测性，同时研究引力的量子效应对引力波辐射、宇宙极早期的演化和黑洞蒸发的影响；三是引力（包括经典和量子）对量子实验的影响，力图结合当前实验前沿如冷原子技术，从原理上探讨检验引力量子效应的可能性。研究和探讨这些问题将为早期宇宙和黑洞的演化规律提供更为清楚而可靠的认识，反过来也能推动量子引力自身的构建与发展，同时申请人期望通过本项目的研究为我国将来的空间科学计划提供科学试验课题与目标。

本项目主要研究了引力物理中的量子效应。我们从如下三个方面展开了系统调研与深入研究。一是我们深入开展了量子引力效应的理论研究，在圈量子引力框架下研究了量子纠缠与量子几何的关系，给空间演生提供了一种全新理解；深入研究了全息引力在解决黑洞信息佯谬问题中的应用，在一般时空维度下采用双全息模型，研究了带电永恒黑洞背景下的信息丢失问题，为在四维时空中解决黑洞信息佯谬问题提供了重要支撑。二是我们开展了量子引力效应的唯象研究，以黑洞为舞台深入探讨了量子引力对黑洞蒸发的影响与可观测效应，我们基于广义不确定原理构建了一类新型的非奇异黑洞，在此基础上系统研究了这类非奇异黑洞的阴影与其可观测效应，为通过天文观测来检验黑洞视界内部是否真正存在奇点提供了思路；另外还研究了极高能光子对洛伦兹对称性的影响，发现现有的观察数据尚不能成为洛伦兹对称性破坏的证据。三是我们深入研究了引力（包括经典和量子）对量子实验的影响，发展了引力诱导有质量粒子间产生纠缠的检验方案，给出了最佳熵产生率的实验方案，为开展量子引力实验提供了理论基础。另外，我们还在全息引力在多体问题中的应用等相关问题上取得了进展与成果。受本项目资助，项目负责人和成员一共在重要期刊上正式发表学术论文19篇，得到了国内外同行与专家的广泛关注，已被引200多次。