1。鹰辐射和黑洞熵黑洞是神秘的物体。在爱因斯坦的一般相对论理论(gr)中,它们被描述为时空的区域,其中什么都没有,甚至没有光,都无法逃脱。有强有力的证据表明这种物体存在于自然界中。一个例子是质量m≈4的银河黑洞(SGR A ∗)。3×10 6m⊙[1]。另一个例子是事件水平望远镜(EHT)观察到的星系M87中心(称为M87 ∗)的超质量黑洞[2];它的质量为m≈6。5×10 9m⊙。可以通过X射线发射(如V404 Cygni,具有m≈9m⊙)或引力波的发射(如Ligo Collocorate [3])。对黑洞的观察可以深入了解这些物体及其周围环境的天体物理学,但也可以提供约束基本物理的手段(参见例如[4])。自1970年代初以来就一直知道黑洞遵守与热力学定律具有惊人类比的法律。这些类比在表1中列出了。可以得出具有额外压力项的黑洞力学的第一定律。压力来自宇宙常数,为p = −λ /8πg。这导致了第一定律中的额外项v d p,并将M解释为焓而不是能量[5]。但是,我们不会在这里考虑这一点。因为MC 2扮演了能量的作用,因此我们可以将术语d e = t d s与d m =κ8πgDa进行比较,其中κ是表面重力。由于根据表κ与温度t相比,我们可以暂时识别
要仔细理解这些论点,我们首先需要理解一个依赖于观察者的思想实验。2012 年,Almheiri、Marlot、Polchinski 和 Sully (AMPS) 提出了一个思想实验,描述了观察者进入黑洞时会经历什么。回想一下量子场论中的事实,QFT 真空具有大量的短程纠缠。这意味着当观察者接近事件视界并且看到霍金光子从视界出现时,事件视界内就会有一个纠缠光子。可以将其想象为视界周围的一堆贝尔对。现在,如果观察者在穿过视界时没有看到这些贝尔对,他们就看不到平滑的时空,而是看到一堵普朗克能量光子墙,这堵光子墙会瞬间将它们瓦解 [9]。这就是所谓的防火墙。
如果我们看不到它们,我们怎么知道它们就在那里?黑洞——顾名思义——是无法直接看到的。找到黑洞的唯一方法是寻找它对周围空间中其他物体的影响。观察气体喷流、辐射、快速旋转的物体和其他方法可用于间接探测黑洞的位置。天文学家已经通过这种方式观察到了我们自己星系中数十个黑洞的证据。研究黑洞的科学家专注于观察周围空间中其他物体如何受到影响。定位黑洞的第一种方法是观察双星系统。在这些系统中,两颗恒星相互绕行,由于恒星之间的引力,它们的运动方式通常可以预测。科学家们知道,如果他们看到一颗恒星像附近有一个巨大的物体一样移动,但没有其他恒星的迹象,那么它的隐形伴星可能就是黑洞。科学家还意识到,如果双星系统中的不可见物体是黑洞,那么它会产生巨大的引力。可见恒星的气体(或任何附近的气体和尘埃)会以极高的速度绕黑洞旋转,然后消失在黑洞中。这一过程会产生巨大的热量和 X 射线辐射,可以通过观测检测到。20 世纪 70 年代,科学家对伽马射线爆发产生了浓厚的兴趣,将其作为探测黑洞的一种方式。一种假设认为,由正常恒星和黑洞组成的双星系统在黑洞最终吞噬其伴星的所有物质时会产生伽马射线爆发。另一种被广泛接受的理论认为,黑洞或中子星碰撞时会释放伽马射线。当巨星坍缩并形成黑洞时,也可能释放伽马射线爆发
该学院将重点关注理论高能物理的最新发展,包括 AdS/CFT 对应及其影响、黑洞的量子描述以及量子信息理论在量子场论和量子引力中的应用。该学院主要面向博士生、博士后和高年级本科生。注册费免费。
黑洞是宇宙中最神秘的物体之一,但原则上人们对其了解甚少。从根本上理解黑洞及其视界需要将量子力学与广义相对论统一起来,这已被证明是一个非常困难的问题。在本课程中,我们将开发量子黑洞理论的各个方面。从对经典广义相对论中黑洞的彻底分析开始,我们介绍物质场的量子方面,并探索霍金和 Unruh 辐射,从而导致贝肯斯坦-霍金熵和臭名昭著的黑洞信息悖论。理解这两者需要超越经典引力。本课程概述了量子引力方法(例如弦理论)并强调了其中的困难。在最后一章中,本课程探讨了最近关于完全可解的低维量子引力模型的主题。特别是,Jackiw-Teitelboim (JT) 2d 伸缩子引力描述了高维黑洞物理学的近视界近极值状态。此外,学生将进行一个研究项目(以小组形式),并向同学们展示和解释这个令人兴奋的研究领域的一个主题,例如引力冲击波、黑洞膜范式、广义第二定律、量子JT引力、低维引力中的欧几里得虫洞......本课程是对每隔一年提供的“全息摄影”课程的补充。