科学家用弦理论解开黑洞光子球外粒子行为之谜

　　宇宙物理与数学研究所（Kavli IPMU）所长Ooguri Hirosi和项目研究员Matthew Dodelson关于黑洞光子球外的弦理论效应的论文入选了《物理评论D》杂志的 "编辑精选"，他们的论文于2021年3月24日发表。

　　在点粒子的量子理论中，一个基本量是相关函数，它衡量粒子从一个点传播到另一个点的概率。当两点通过光样轨迹连接时，相关函数会形成奇点。在平坦的时空中，有这样一个唯一的轨迹，但当时空是弯曲的，可以有许多光样轨迹连接两点。这是引力透镜作用的结果，引力透镜描述的是弯曲的几何体对光的传播的影响。

　　在黑洞时空的情况下，有类似光的轨迹多次绕过黑洞，从而形成黑洞光子球，就像事件地平线望远镜（EHT）最近拍摄的位于M87星系中心的超大质量黑洞的图像一样。

　　2019年4月10日发布，EHT合作的图像捕捉到了黑洞及其光子球的影子，也就是它周围的光环。光子球会出现在黑洞的一个区域，在这个区域中，以水平方向进入的光线会被引力强迫在不同的轨道上运行。这些轨道会导致上述相关函数的奇异性。

　　而，在有些情况下，绕黑洞多次的轨迹所产生的奇异性与物理预期相矛盾。Dodelson和Ooguri已经证明，这种奇异性在弦理论中得到了解决。

　　在弦理论中，每一个粒子都被认为是一个弦的特定激发态。当粒子沿着近似光的轨迹绕着黑洞行进时，时空曲率导致潮汐效应，使弦被拉伸。

　　Dodelson和Ooguri表明，如果将这些效应考虑在内，奇点消失与物理预期一致。他们的研究结果提供了证据，证明一个一致的量子引力必须包含弦等延伸物体作为其自由度。

　　Ooguri说："我们的结果显示了弦理论效应如何在黑洞附近得到增强。虽然我们发现的效应还不够强，不足以对ETH的黑洞图像产生可观察的后果，但进一步的研究可能会给我们展示一种利用黑洞测试弦理论的方法。"