以下文章来源于京师物理 ,作者刘宁/译
京师物理.
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黑洞和其他致密天体的引力场足够强大,它们可能将无质量的(虚)粒子从真空中挤出并成为实粒子,从而导致天体的衰变。
在真空中弥漫的量子涨落能自发地产生粒子和反粒子对。通常,这些正反粒子对湮灭得如此快,以至于它们的存在是虚拟的。但是一个强大的场能够把一对粒子分开得时间足够长,使它们的存在变成真实。1951年,J.施温格计算了产生电子-正电子对需要多大的电场。现在荷兰Radboud大学的Michael Wondrak和他的同事提出,粒子对可以通过黑洞周围巨大的潮汐引力而真实存在[1]。Wondrak及其同事考虑了一对虚粒子在其短暂存在期间所有可能走过的路径。如果真空是稳定的,所有粒子对既会产生也会湮灭。但是,强磁场会破坏真空的稳定性,使某些路径比其他路径更容易发生,并导致重组对的空缺。实粒子的净流出抵消了这一空缺。在黑洞引力场的作用下,实粒子的净流出导致了黑洞的最终蒸发。
这三位理论物理学家的方法是非常普遍的,不仅可以重现施温格效应,还可以重现霍金在1974年的建议,即如果一个粒子-反粒子对在黑洞事件视界附近产生,其中一个粒子会落入黑洞而另一个会逃逸出去。更重要的是,研究人员发现霍金效应是一种更普遍现象的特例。将虚粒子变为真实粒子只依赖于弯曲引力场造成的时空拉伸,而不需要霍金最初提到的事件视界的概念。这意味着一颗史瓦西半径位于恒星表面以下的中子星,也可以产生粒子对和衰变。
该文章导言的更早版本指出,引力场可能产生粒子-反粒子对。然而,该模型只考虑了光子或引力子等无质量粒子。
更正(2023年6月5日)
参考文献:
M. F. Wondrak et al., “Gravitational pair production and black hole evaporation,” Phys. Rev. Lett. 130, 221502 (2023).
本文链接:
https://physics.aps.org/articles/v16/s77
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原标题:《黑洞蒸发的新机制》