En fysiker vid RUDN University har utvecklat en formel för beräkning av Hawking -strålning vid händelsehorisonten i ett svart hål, som tillåter fysiker att avgöra hur denna strålning skulle ändras med kvantkorrigeringar till Einsteins gravitationsteori. Denna formel gör det möjligt för forskare att testa noggrannheten hos olika versioner av kvantegravitationsteorin genom att observera svarta hål, och omfattar ett steg mot den efterlängtade "grand unification theory" som skulle koppla samman kvantmekanik och relativitet. Artikeln publiceras i tidskriften Fysisk granskning D .

Även om Einsteins gravitationsteori motsvarar den senaste upptäckten av gravitationsvågor, det lämnar fortfarande några frågor öppna, inklusive singularitetens art, mörk materia, mörk energi, och frågan om kvantgravitation. Också, även observationer av gravitationens vågor utesluter inte att alternativa gravitationsteorier kan vara korrekta, och de kan användas för att beskriva svarta hål. Sådana teorier, som inkluderar ytterligare kvantkomponenter, motsäger inte den observerade bilden av sammanslagningar av svarta hål. Beräkningar som görs efter dessa teorier förutsäger samma beteende hos svarta hål på ett stort avstånd från varandra, men samtidigt, visa viktiga funktioner nära händelsehorisonten - ”gränsen” till det svarta hålet från vilket det inte finns någon återvändo.

Det anses omöjligt att se bortom händelsehorisonten för ett svart hål eftersom ingenting kan fly, inklusive partiklar och strålning. Dock, Stephen Hawking bevisade att svarta hål kan "avdunsta" genom att avge olika elementära partiklar. Det betyder att med tiden, all information som absorberas av ett svart hål kan försvinna, som strider mot grundläggande idéer om information - man tror att information inte kan försvinna spårlöst. Därför, alternativa gravitationsteorier, syftar till att eliminera denna paradox, har blivit mer populära sedan de kunde bidra till en kvantgravitationsteori.

En av de mest lovande tillvägagångssätten är Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-teorin med dilaton-den tillämpar kvantkomponenter som en korrigering av teorin om allmän relativitet.

"Den alternativa teorin vi har övervägt är inspirerad av strängteorins lågenergigräns, den så kallade Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-teorin med dilaton. Förutom Einstein -delen, den innehåller kvadratiska krökningsterm och ett skalärfält, "Roman Konoplya, en forskare vid Educational and Research Institute of Gravitation and Cosmology vid RUDN University, säger.

För att beskriva hur ett svart hål reagerar på yttre gravitationstörningar, kosmologer använder begreppet kvasinormala lägen. Lägen är svängningar som uppstår när en extern handling på ett svart hål, vars egenskaper beror på slagkraften och parametrarna i själva svarta hålet. De kallas kvasinormala eftersom de bleknar med tiden och deras amplitud kan bara mätas under en liten period. Sådana svängningar beskrivs vanligtvis med frekvens som ett komplext tal, vars verkliga del är de periodiska svängningarna, och det inbillade - sönderfallshastigheten.

RUDN -universitetets fysiker, tillsammans med tjeckiska forskarna Antonina Zinhailo och Zdeněk Stuchlík, studerat klassisk (kvasinormal) och kvant (Hawkings) strålning av testfält på bakgrund av en fyrdimensionell, sfäriskt symmetriskt och asymptotiskt platt svart hål i Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-teorin med dilaton. De fick en analytisk formel för det eikonala tillståndet för kvasinormala lägen och använde det för att beräkna de kvasinormala lägena för testskalaren och Maxwells fält och uppskattade Hawking-strålningsintensiteten för Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet-svarta hålet.

Textfält är alla fält i närheten av ett svart hål eftersom de sprider sig på dess bakgrund (t.ex. ett Dirac -fält eller ett elektromagnetiskt fält). Intensiteten hos Hawking elektromagnetisk strålning och Dirac -fältet visade sig vara en betydligt känsligare egenskap än dess kvasinormala spektrum, visar en ökning av energiutsläppshastigheten med 57 procent respektive 48 procent till fälten.

"Vi fick en uppskattning av intensiteten av Hawking -avdunstningen av svarta hål genom att ta hänsyn till kvantkorrigeringar av det svarta hålets geometri, "Avslutar Roman Konoplya.

"Klassisk strålning (t.ex. elektromagnetiska eller andra vågor) skiljer sig från Einsteins bara några procent, det är, Hawking -strålning är en mycket känsligare mekanism. Kvasinormala lägen är klassisk strålningsfrekvenser, som, till skillnad från kvantlägen, skiljer sig lite från fallet Einstein. I framtiden, kanske genom att observera de primära svarta hålen som dök upp i det tidiga universum, detta kan förtydliga våra idéer om kvantkorrigeringar av gravitationen. "