黑洞蒸发的一种幺正模型

发布时间：2017-12-21 02:32

  本文关键词：黑洞蒸发的一种幺正模型　出处：《浙江大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 黑洞 Hawking辐射 信息丢失悖论 火墙悖论 黑洞热力学 Bekenstein-Hawking 熵

【摘要】：1975年,Hawking发现黑洞可以通过某种量子过程向外辐射它的能量(或质量),此即所谓的Hawking辐射或黑洞蒸发。不过,他又发现Hawking辐射的谱完全是热的,这违背了量子力学的幺正演化条件,进而与黑洞的形成和蒸发可以用一个量子引力理论来描述这一假定不符。这就是著名的黑洞信息丢失悖论。实际上,如果广义相对论成立,那么黑洞视界附近的时空几何,在一个自由下落观测者看来总是光滑的。这意味着,自由下落观测者观测到的真空(简称自由下落真空)必须是由两部分模(mode)纠缠所得,它们在静止观测者眼中分别位于视界外部和内部。因为Hawking辐射是从黑洞视界外部观测到的,因此它仅仅涉及到了外部模,这意味着自由下落真空中蕴含的纠缠在辐射过程中被破坏了,从而导致热谱或信息丢失。要想解决信息丢失悖论,热的Hawking辐射必须被纯化为一个纯态,这可以通过与某些其它模纠缠完成。但是,Ahmed Almheiri等人发现,与其它模纠缠来纯化Hawking辐射这种方式会破坏(量子)纠缠的单配性(monogamy),而后者是量子力学的特征之一。为了保证纠缠的单配性,他们认为黑洞视界附近的几何最终会演化成一个高能火墙(firewall),这就是所谓的火墙悖论。在这篇学位论文中,我们将介绍一种新的黑洞蒸发模型,在这个模型中,上述两个悖论将得到有效地解决。实际上,我们的模型是基于量子隐形传态过程(quantum teleportation)的一种变型,其中将自由下落真空中内部模和外部模之间的纠缠作为某种媒介。首先,我们介绍一个量子比特(qubit)模型,它可以看作是我们黑洞蒸发模型的简易版。然后,我们在有效场论的框架下逐步构造起我们的模型。构造完后,我们又将其与Hawking的理论做了下比较,并分析上述两个悖论是如何得到有效解决的。最后,基于我们的模型,我们尝试重新构建黑洞热力学,特别地,我们指出Bekenstein-Hawking熵可能不是Boltzmann或热力学熵。此外,在附录1里,我们对hκ/C给出了一种全新的解释,这种解释有可能给出量子引力的一些线索。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P145.8

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本文编号：1314372