Почему квантовые поля выравнивают температуру горизонтов ✛ ✦

Оригинал: "Nontrivial self-consistent backreaction of quantum fields in 2D dilaton gravity"
arXiv:2401.07645 · 2024-01-15 · CC BY 4.0 · 1 мин
Квантовые поля в пространстве с двумя горизонтами разной температуры заставляют их выровняться.

Два сосуда с водой разной температуры соединены перегородкой. Убери перегородку — и температуры начнут выравниваться, пока не станут одинаковыми. Похожий процесс происходит в пространстве с двумя горизонтами чёрной дыры, когда там есть квантовые поля.

Горизонт — это граница, за которую не выходит свет. У чёрной дыры может быть два горизонта, и у них разные температуры: у внешнего она ненулевая, у внутреннего — ноль. Квантовые поля, заполняющие пространство между горизонтами, ведут себя как газ частиц, но их энергия зависит от искривления пространства. Вблизи горизонта с ненулевой температурой эта энергия становится бесконечной.

Бесконечная энергия означает, что квантовые поля сильно влияют на геометрию, искривляя её ещё сильнее. Это называется обратной реакцией.

Когда учли обратную реакцию, геометрия изменилась: дилатонное поле стало постоянным, а метрическая функция приняла экспоненциальный вид. Новая геометрия имеет два горизонта на бесконечностях, и оба горизонта имеют нулевую температуру. Так квантовые поля выравнивают температуры горизонтов, перестраивая само пространство.

В двумерной гравитации температура горизонта пропорциональна его поверхностной гравитации, и для горизонта при r = 0 она равна нулю, хотя сам горизонт существует. Это похоже на экстремальную чёрную дыру, но здесь нулевая температура возникает из-за вырождения метрической функции.

ds^2 = -[a^2 r^2 - a^4 r^4] dt^2 + \frac{dr^2}{a^2 r^2 - a^4 r^4}
Метрика двумерного пространства-времени с двумя горизонтами, где a — параметр, связанный с космологической постоянной λ.
T = \begin{cases} \frac{a}{2\pi}, & r \to 1/a, \\ 0, & r \to 0. \end{cases}
Канонические температуры на двух горизонтах: на внешнем горизонте температура пропорциональна a, на внутреннем равна нулю.
-\langle :T^{matter}_{tt}: \rangle = \frac{\pi}{6\beta^2} + \frac{e^{2\nu(X)}}{24\pi} [\nu'(X)^2 + 2\nu''(X)]
Регуляризованная плотность энергии теплового скалярного поля, включающая тепловой вклад и вклад конформной аномалии.
Учёные
Emmy NoetherJacob BekensteinStephen HawkingFritz ZwickyBernhard RiemannJoseph Weber
Понятия
обратная реакция аналоговые чёрные дыры метрика Шварцшильда квантовые поправки термодинамика чёрных дыр квантовая природа гравитации площадь горизонта пара частица-античастица белая дыра полуклассическая гравитация гравитационный инстантон логарифмическая поправка метрика Керра приливный заряд остаток излучение Хокинга антикварк уравнения Эйнштейна гравитационная декогеренция зеркальная симметрия