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整体黑膜、膜世界与宇宙学常数

已有 5759 次阅读 2012-6-3 22:03 |个人分类:道法自然|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 黑膜

   黑洞(Black hole)这种天体,大家都知道是一种引力强大到连附近的光都逃逸不出去的太空“冥渊”。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了,所以说它“黑”;不过,还没有人研究过黑洞是否连“心子”(包裹在内的奇点)都是黑的,我想黑洞其实是一种真空流体的极限旋涡,跑得最快的光子也被卷入其中,所以黑洞肚子里装的都是光,内部应是“无限光明的”,不信你哥钻进去瞧瞧:)。不管怎样,你哥反正一进去,就见到普朗克先生了,就别想给爱因斯坦老头报道了。但如果你哥哪一天偶然掉入了黑洞,就只有一瞬的快感,就别想钻入另一个宇宙空间,幻想什么外星仙人啊,还想搞什么修真什么的;之后好像焚羽销形,化光辐射,就真正地“涅槃永生”了(熵增决定了此生唯一,所以此生无悔)。。。其实,我以前也做过那种怪梦,听见琴声,节奏逐渐加快,于是就旋转着落入细小的涡洞,而进入另一个红色虚空世界;而有时则做梦化为水,与宇宙一起荡漾,那种感觉很舒服,至少缓解了白昼里紧张的神经,其实我想那是梦中大脑神经元发电,触发潜意识而产生的独特幻觉。

来源:Andy Potts  

   言归正传,黑洞这个宇宙怪胎牵涉到许多重要的物理问题和概念,如引力、量子、熵、时空,相继发现一些重要定律,如黑洞无毛,霍金蒸发,黑面递增,。。。为了研究黑洞,物理学家们使尽招数,霍金最先在经典的四维欧氏空间杂糅了相对论和量子论,得到了漂亮的黑洞熵公式。后来,物理学的玩具多了,弦论大师威滕用超弦来研究黑洞,得到了与霍金相同的结果,在弦论发展史被认为具有里程碑意义。现在,超弦也显得有些玩腻了,物理学家们开始流行玩膜了,p膜,D膜,还有最新的黑膜(其实前卫的宇宙物理学家已开始用黑膜来研究大爆炸之前的“黑反应”了)。在欣赏膜世界图景中,好奇的诸哥可体念到一种另类的新快乐。琴不弹了,呵呵,敲鼓了。

    Sei-Hoon Moon(2002)研究了与负宇宙学常数的高维引力相耦合的整体缺陷(global defect),以及整体黑膜解(global black brane solution),即视界附近展开的整体缺陷,由此发现一系列解存在于几个分离的区域内,并定量地证明了它们可相互连通。当膜世界体积是里奇平直的(Ricci-flat),膜就被退化视界所包围;但当世界体积具有正的常数曲率,则被两个视界所包围。每个解分别对应于一个极限态和非极限态。它们的因果结构(causal structure)类似于那些反德西特(AdS)时空中的Reissner–Nordström黑洞。然而,非极限黑膜不是一种静态对象,而是一种膨胀膜(inflating brane)。前卫惹眼的是,Sei-Hoon Moon(2002)在整体黑膜语境中简要探讨了膜世界模型,评论了整体黑膜的热力学参数;通过非极限整体黑膜的热力学不稳定性,讨论了膜世界上的宇宙化学常数的减小。

什么叫作整体缺陷?整体缺陷其实就是一种拓朴学说法,它是某些内对称流形(internal symmetry manifold)的非平凡同伦(non-trivial homotopy)的稳态标量场构形。通常这种拓朴缺陷出现在d维标量场论中,可能具有(d − 1)维球拓朴的真空流形。当真空流形具有离散对称性时,最简单的例子是畴壁或域壁(domain wall);当d=2时为整体弦;当d=3时,为在四维时空中的整体单极子(global monopole)。当整体单极子具有良好定义的静态度规时,畴壁和整体弦就不具有静态度规。畴壁时空是非静态的,而畴壁平面内的度规就是(2 + 1)维德西特空间。整体弦的时空在相距弦核的有限距离处具有曲率奇点(R. Gregory, 1988),其度规是由Cohen & Kaplan1988)发现的,但Gregory1996)指出时间相依性可去除整体弦时空的奇性态。当这些分析纯粹是在爱因斯坦四维引力语境中(缺少宇宙学常数)时,且当宇宙学常数为负,不管宇宙学常数如何小,整体弦时空总是有规律的。因为负的宇宙学常数可避免奇点时空光滑,然后终结于奇点。

整体缺陷存在于四维时空中,但最近有物理学家研究了膜世界图景中的高维整体缺陷,如在大额外维图景(ADD)和兰德尔-桑德儒(RS)图景中。据膜世界图像,三维空间世界是嵌入于高维世界中的膜。膜世界图景确实吸引人,尽管引力本来就是高维的,甚至含有大的(无限)额外维,但牛顿引力可存在于膜上。该方法解释了引力与电弱力之间质量标度的量级差异,并可能解释统一理论模式类型。这些理论也提供了解决宇宙学常数问题的新方式,因为如果我们的四维世界嵌入于高维时空中,那么非零的真空能效应可影响额外维空间的曲率,有学者提出了这适合于平直的四维世界(如V.A. Rubakov 1983; J.E. Kimet al. 2001)。

。。。

具有场构形的极限黑p膜的彭罗斯图解(Sei-Hoon Moon,2002)


      在膜世界中,世界体积曲率考虑了有效宇宙学常数。Sei-Hoon Moon(2002)在拉格朗日函数参数之间得到一种无需精调的平直膜解R^=0(如极限黑膜)。但宇宙学常数问题完全是因为我们需要一种动力学机制,而在任意R^整体解中挑选出的平直膜解。因此,提出了一种可能的热力学机制。因其热力学不稳定性,而可从非极限黑膜演化成极限黑膜。它可能发出某种温度 的热辐射,导致膜上的真空能减少,而自身平直化,最终演化到温度T=0的极限状态。该效应将稀释掉对宇宙学常数的所有贡献。如果这真是可能的,那么黑膜世界模型就为宇宙学常数问题给出了一个解。

   无毛黑洞惹火了物理学家们无限的探索欲望,看看他们还能玩出什么新的道具?黑洞真玄,黑膜真美,瓦靠!老子曰:“谷神不死,是谓玄牝;玄牝之门,是谓天地根;绵绵若存,用之不勤。”此作新解:谷神者,虚空也;玄牝者,黑洞也。道道道,非常道;膜膜膜,非常膜。秀的就是思想,玩的就是几何!  




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