Az anti-de Sitter tér állandó negatív görbületű pszeudo-Riemann-féle sokaság . A -dimenziós hiperbolikus tér pszeudo-riemann analógjának tekinthető . Elnevezése a de Sitter térrel szemben , általánosan jelölve
Az AdS tér nagyon fontos szerepet játszik az általános relativitáselméletben , mivel az Einstein-egyenletek maximálisan szimmetrikus megoldásaként jön létre vákuumban , negatív kozmológiai állandóval :
A tér sík térbe ágyazható [1] . Ez a beágyazás úgy néz ki, mint egy egylapos hiperboloid, amelyet a következő egyenlet ad meg:
, |
|
( 1 ) |
ahol a környezeti tér mérőszáma a következőképpen van megadva:
és az R állandó a tér sugara . Ezt a kozmológiai állandóval fejezzük ki az Einstein-egyenletben :
|
( 2 ) |
A fenti beágyazás a tér szabványos definíciójaként szolgál , amelyre a [2] szöveg későbbi részében utalunk . Az ( 1 ) egyenlet megmarad a környező térben történő forgások során. Ennek eredményeként a csoport izomorf a tér izometriáinak (transzformációk, amelyek nem változtatják meg a távolságot) csoportjával . Ez a tulajdonság nagyon fontos szerepet játszik a húrelmélet AdS /CFT megfelelésében , mivel a csoport konform transzformációk csoportja a négydimenziós Minkowski térben.
Létezik egy topológiai módszer is a tér homogén térként való meghatározására, pl. pontok halmaza valamely csoport megkülönböztetett tranzitív tevékenységével . A maximálisan szimmetrikus terek (vagyis homogén és izotróp terek) esetében az izometriák egy csoportja, amely teljes mértékben meghatározza az ilyen terek topológiáját [3] Például egy kétdimenziós gömb esetében létezik egy természetes beágyazása . A forgáscsoport hatását korlátozva egyértelmű , hogy minden pontra a stabilizátor a csoport , azaz. pontban érintő síkban a forgatások nem változtatják meg a pont helyzetét . Ebből következik, hogy egy kétdimenziós gömb tere két merőleges csoport arányaként határozható meg [4] :
.Hasonlóan érvelve a szóköz beágyazásakor , az AdS területet két általánosított ortogonális csoport arányaként határozhatjuk meg:
.Az AdS-terület metrikájának megírására (parametrizálására) sokféle módszer létezik. Mindegyik az ( 1 ) beágyazási egyenlet különböző megoldása. Állandó görbületű terek esetében általános, hogy a metrikát konforman lapos formában ábrázolják [5] :
,ahol , , az állandó előjel valamilyen függvénye. Például az ( 1 ) beágyazási egyenlet megoldható úgy, hogy a leképezésnek megfelelő helyi koordinátákat az AdS-en (sztereografikus vetület) vezetünk be:
, ,ahol
, ,ami az AdS-terület metrikájának, mint tipikus hiperbolikus térnek a jól ismert paraméterezéséhez vezet (lásd például [5] ):
Itt
egy állandó metszeti görbület [6] . A Schur Lemma (Riemanni geometria) szerint az állandó görbületű terek Riemann-tenzora a következőképpen fejeződik ki :
Innen a Ricci-tenzor és a tér skaláris görbületének kifejezései kaphatók :
Amint az a ( 2 )-ből látható, az y -dimenziós tér nullától eltérő görbülete az Einstein-egyenletek nem nulla kozmológiai állandója miatt adódik:
.Megmutatható, hogy az AdS tér Weil-tenzora eltűnik [7] . A méreteknél ez szükséges és elégséges feltétele annak, hogy a tér egyenletesen lapos legyen. A fenti ábrázolásban a metrika koordináta szingularitású, ezért ez a koordináta rács nem fedi le a teljes sokaságot. Hasonló tulajdonság érvényesül a legtöbb más bevonat esetében is. Az AdS terület legismertebb lefedései az alábbiakban találhatók.
Fizikai alkalmazásokban az ( 1 ) egyenlet általános megoldása a következő formában kényelmesebb:
|
( 3 ) |
ahol a feltétel által meghatározott hiperszférikus koordináták szögrészét fejezi ki:
.Például d=3 esetén:
, , .A beágyazott koordináták ( 3 ) szempontjából a térmetrika a következőképpen alakul:
|
( 4 ) |
ahol a térszög-különbség négyzete van . Például d=3 esetén:
Általánosságban, a miatt a következőket írhatjuk:
A ( 4 ) egyenlet azt mutatja, hogy a bevezetett metrika karakterisztikus hosszúsági skálával rendelkezik , pl. a térsugár nemcsak a görbületét határozza meg, hanem a vizsgált tér távolságainak léptékét is . Ugyanakkor a ( 3 )-ból látható, hogy topológiailag , ami egy lapos hiperboloidnak felel meg (1. ábra).
A változók megváltoztatása után:
a metrika ( 4 ) a következő formában jelenik meg:
. |
|
( 5 ) |
Itt a környező tér metrikájának előjele megváltozik (az ( 1 ) egyenlet előjelével együtt). A metrikában ( 5 ) a radiális koordináta mentén tértömörödés jelenik meg, mert az új radiális koordináta véges értéktartományon megy keresztül:
Gyakran kényelmesebb a radiális koordinátát az ( 5 )-be inverz helyettesítéssel bevinni,
és vegye figyelembe a mérőszámot:
|
( 6 ) |
Ez nem kapcsolódik a metrikához ( 4 ). A metrika ( 6 ) a , feltétel mellett teljesen egyenértékű a ( 5 ) metrikával. A ( 6 ) alakú metrikát globálisnak [8] nevezzük . Ebben a paraméterezésben célszerű (lokálisan) hengerként elhelyezni és ábrázolni , amelynek szimmetriatengelye egybeesik az időtengellyel és a radiális koordinátával , amint az a 2. ábrán látható.
Abból, hogy a metrika ( 6 ) indukálva van (a környezeti tér metrika előjele megváltozik), kapcsolatot létesíthetünk a beágyazási koordinátákkal:
|
( 7 ) |
A ( 7 ) jobb oldalán lévő globális koordinátákat tekintve a globális szimmetriák a következő szimmetriákban láthatók: vannak körüli elforgatások , 1 elforgatás az idősíkban , végül pedig a térszerű tengelyek kombinációinak és a térbeli tengelyekkel való kombinációinak megfelelő emelések . Ugyanakkor ezek az átalakulások együtt egy csoportot alkotnak .
Gyakran kényelmesnek bizonyul a globális metrika egy másik megfogalmazása , amelyet a következő koordináták megváltoztatásával kapunk ( 6 ):
ami a ( 6 ) alakhoz vezet:
.Ezenkívül ez a nézet közvetlenül elérhető a beágyazott koordinátákból ( 3 ). Ez a kifejezés egy globális metrika hiperbolikus formában, és a mérőszám pontja nem szinguláris, és [9]
Az AdS tér globális koordinátákban való figyelembevétele fizikai szempontból bonyolult, mert a globális koordinátákban megadott idő ciklikus, amint az a ( 7 ) -ből látható . Valójában, amikor az AdS az Einstein-egyenletek megfelelő megoldását jelenti üres térben, mindig meg kell érteni, hogy az időkoordináta ki van tekercselve , különben oksági problémák merülnek fel (zárt időciklusok létezése). Ez a finomság különbözteti meg az AdS-terület fizikai megközelítését a tisztán matematikai megközelítéstől. Ez a finomság elkerülhető a globális koordináták speciális lefedésével, amelyek csak az AdS terület egy részét írják le. A globális koordináták leggyakrabban használt univerzális lefedése az AdS-ben a Poincaré-koordinátákra való áttérés (Poincare Patch). E koordináták különleges szerepe, hogy ebben a paraméterezésben keletkezik az AdS tér a húrelméletben jól ismert AdS/CFT megfelelésben.
Végezzünk el Wick-forgatást a koordinátához , és írjuk be a fénykúp koordinátáit az euklideszi aláírásba:
|
( 8 ) |
Nevezzük a pontok lokuszának euklideszi változatát:
|
( 9 ) |
Ez azt jelenti, hogy rögzített esetén kétlapos hiperboloidként ábrázolható a síkban . Ezután vegye figyelembe a koordináták következő változását:
|
( 10 ) |
Egy ilyen at változtatás lehetővé teszi, hogy a ( 9 ) beágyazási egyenletet a következő formában írjuk fel:
|
( 11 ) |
Így lehetőség van a teljes tér paraméterezésére a következővel :
|
( 12 ) |
A környezeti tér metrikája a következőképpen írható fel , figyelembe véve ( 9 ):
Az indukált metrika pedig szabványosan a ( 12 )-ből származik, figyelembe véve a kapcsolatot ( 11 ) és megváltoztatva az előjelet:
|
( 13 ) |
És a mérőszám ( 13 ) is a következő formában lesz:
Későbbi cserék és elvezetés a mérőszámhoz:
|
( 14 ) |
A metrika ( 14 ) a metrika Poincare-koordinátákban való kifejezése – az úgynevezett euklideszi Poincare-folt (EPP) –, és a tér univerzális lefedése . Nem nehéz kapcsolatot létesíteni az euklideszi aláírás globális koordinátái, a Poincaré-koordináták és a környező tér koordinátái között. A ( 8 ), ( 10 ) és ( 11 ) egyenletek felhasználásával , figyelembe véve a végrehajtott változtatásokat, azt kapjuk, hogy:
Szükséges csatlakozás:
|
( 15 ) |
Az euklideszi idő már a globális koordinátákban sem ciklikus, azonban ezek a Poincaré-koordináták analitikusan kiterjeszthetők a környező tér Lorentzi aláírására, amelyet alább mutatunk be. A ( 15 ) első egyenletéből látható, hogy és a határ a pontnak felel meg . A ( 15 ) összefüggéseket sematikusan a 3. ábra szemlélteti.
Az euklideszi aláírásban a Poincare koordináták a részt figyelembe véve leírják a teljes AdS teret , és ebben az értelemben egyenértékűek a globális koordinátákkal. Amint alább látható, a lorentzi aláírást a Poincaré-koordinátákkal leírt régió szűkítése jellemzi. Ennek az az oka, hogy a globális koordinátákban az idő ciklikus, ellentétben az euklideszi idővel .
A Poincaré-koordinátái ugyanúgy vannak megadva, mint az AdS esetében . Kissé megváltoztatva a jelölést, és a beágyazási egyenletet a következő alakba írva:
|
( 16 ) |
lehetőség van az előző bekezdés indoklása szerint a fénykúp-koordináták analógjainak bevezetésére és a ( 16 ) átírására a következő formában:
|
( 17 ) |
ahol , és az indexek az értékek felett mozognak . Vezessünk be új koordinátákat:
Továbbá a ( 11 )-( 14 ) argumentumok teljes megismétlésével és a , kiválasztásával a Poincaré-koordinátákban lévő metrikához jutunk :
|
( 18 ) |
ahol most az időt jelöli Poincaré koordinátákkal. Továbbá, hogy ne keverjük össze az idővel a globális koordinátákban, az utóbbit a következővel jelöljük . A globális beágyazási koordináták és a Poincaré-koordináták közötti kapcsolatok a ( 15 ) relációkhoz hasonlóan a következőképpen vannak felírva:
|
( 19 ) |
Ezeket az egyenleteket relatív módon oldjuk meg , amelyben kényelmes a behelyettesítés ( ):
|
( 20 ) |
Ezekből az összefüggésekből következik, hogy -kor a globális idő most egy véges intervallumon vesz fel értékeket (lásd 4. ábra).
Fontos megjegyezni, hogy az euklideszi szignatúrában a Poincaré-koordináták lefedik a teljes AdS teret , valamint a globális koordinátákat (ez látható a hiperbolikus függvények relációkban való jelenlétéből ( 15 ). A lorentzi aláírásban azonban a A Poincaré-koordináták a teljes AdS-nek csak egy kis aldomainjét fedik le, amelyet az AdS henger köré tekert oksági rombusz határol (lásd 4. ábra). Általánosságban elmondható, hogy a globális koordináták (izometrikusan) az AdS alcsoportjának ábrázolásai szerint alakulnak át. csoportban , a Poincaré-koordinátákban ( 18 ) pedig a -dimenziós Poincaré-csoport és a dilatációk (az összes koordináta egyidejű megnyújtása egy mértékkel) válik láthatóvá .
A dilatációk mellett , amelyek a metrika nyilvánvaló szimmetriája ( 18 ), vannak kevésbé nyilvánvaló végtelenül kicsi koordináta-transzformációk az izometria algebrában ( 18 ):
|
( 21 ) |
Itt van egy kis vektor a Poincaré-altérben (azaz a vektor irányú koordinátája egyenlő nullával: ) a Poincaré-koordinátákban. Ennek a transzformációnak az izometrikus volta közvetlen helyettesítéssel ellenőrizhető. A transzformáció Poincaré része ( 21 ) egybeesik egy speciális konform transzformáció definíciójával egy konform dimenziós sokaságon , de a koordinátához kapcsolódó transzformációk , valamint a vektorkomponensek száma nem teszi lehetővé, hogy speciális konformálisként definiáljuk őket. átalakulások a Poincaré foltban . Az adott folt tehát egy Riemann-sokaság, amelynek az izometria algebrája valamivel bonyolultabb, mint a Minkowski-tér.
Az AdS tér határának kérdése külön tárgyalást igényel. A tér AdS nem a szabványos értelemben vett határral rendelkező sokaság (amikor a határ szomszédságai különböznek az euklideszi féltér határán lévő pontok szomszédságától). Az alábbiakban említett határ a konform tér-idő tömörítéssel kapott ún. konformális határ.
A konform tömörítési konstrukcióban a szóban forgó elosztó egy kompakt elosztó belsejére van leképezve határral, majd ennek a leképezésnek a határát az eredeti elosztó konformális határának nevezzük . Az alkalmazott tervben a mérőszámot megszorozzuk egy közös tényezővel úgy, hogy az új metrikában a távolság bármely ponttól az összes határpontig véges. Lapos térben a konformális határ csak egy pontra redukálódik. A hiperbolikus terek esetében, amelyekhez az AdS is tartozik, a konformális határ nem triviális, és fontos információkat tartalmaz.
Térjünk vissza a ( 17 ) egyenlethez, és vezessünk be új koordinátákat:
Ha elérjük a határértéket , megkapjuk a határbeágyazási egyenletet :
Ez az egyenlet invariáns a skálázás alatt , ahol bármely pozitív valós szám. Ezért a határsokaságot a (projektív) konform ekvivalencia osztályainak kell tekinteni:
|
( 22 ) |
Könnyen belátható, hogy az ekvivalencia osztályok közül melyik választható újraskálázással ( 22 ):
Ennek eredményeként a tér határa a globális koordinátákban egy konform sokaság a topológiával . A konformális határ mérete eggyel kisebb, mint az eredeti sokaság mérete, ami hasonló a határos sokaság szokásos határának esetéhez.
A Poincare-koordinátákban lévő AdS-határral kapcsolatos érvelést némileg nehezíti, hogy a Poincaré-koordináták az AdS-térnek csak egy részét írják le, így a Poincaré-koordinátákban lévő határnak további régiói vannak, amelyek megfelelnek a globális koordináták nyalábjának [10] .
Poincaré skylineA ( 17 ) és ( 19 ) egyenletek azt mutatják, hogy a Poincare-koordináták paraméterezése valójában két egyenlő felére osztja az AdS teret:
|
( 23 ) |
A ( 23 ) egyenlet a következőképpen értelmezhető. A paraméterezés kiválasztásakor a beágyazás hiperboloidjának csak a fele kerül leírásra , amelynek koordinátái a feltételtől függenek . Ezzel szemben a paraméterezés globális koordinátákban határozza meg a feltételt . Így, mint a ( 3 ) beágyazó hiperboloidot, egy hipersík boncolja fel , amelynek mindegyik felét Poincaré-koordinátákkal írjuk le. Ezenkívül a ( 23 ) egyenletből az következik, hogy a hipersík az AdS határ Poincare-koordinátákban az a része, amely globális koordinátákban nem szinguláris, és a Poincaré-koordinátákban megadott határértéknek felel meg. Ezt a határt Poincaré-horizontnak nevezik.
A Poincaré-horizont egyik fontos jellemzője, hogy a globális koordinátákkal ( 20 ) való kapcsolatból a metsző hipersík egyenletét is megkapjuk a következő alakzat globális koordinátáiban:
|
( 24 ) |
A ( 25 ) határig való áthaladás , azaz. figyelembe véve a globális határ AdS-t ( 6 ), egyértelmű, hogy léteznek a következő formájú megoldások:
|
( 25 ) |
A ( 25 ) egyenletből következik, hogy a Poincaré-horizont nemcsak a globális határ (at ) részeit tartalmazza, hanem a globális AdS nagy részének alsokaságait is. Másrészt a ( 25 )-ből az következik, hogy a Poincare-patch nyaláb a globális konformális határ részsokaságait tartalmazza, mivel a ( 25 ) egyenlet a esetén is teljesülhet .
Mindazonáltal a Poincaré-horizont részben konform sokaságnak tekinthető, mivel a határértékben a metrika ( 18 ) cseréjével újraparametrizálásával a következő metrika alakot kaphatjuk:
|
( 26 ) |
Azok. a horizont területe megfelel , és a horizont -ra csökken . Emlékeztetni kell azonban arra, hogy a Poincaré-horizont csak a Poincaré-koordinátákban szinguláris jellemző, pl. még mindig magában foglalja a globális tömeg területeit, ezért nem tekinthető konformális határnak [11] .
A metrikának ( 18 ) van szingularitása. Az aspiráció során a ( 19 ) relációkból következik (ami csak egy része a globális határnak), és a ( 26 ) at metrika a következő alakra alakul:
|
( 27 ) |
Egy szinguláris konform faktor jelenléte azt jelenti, hogy a metrika ( 27 ) konforman lapos. Így látható a térhatár lokális szerkezete a Poincare-koordinátákban – topológiailag ez egy konformális Minkowski dimenziósokaság .
Az AdS térnek van egy speciális tulajdonsága, amely erősen befolyásolja a tér fizikáját, legalábbis makroszkopikus távolságokban. Tekintsük egy fénysugár mozgását Poincaré-koordinátákban, amelyeket fényszerű vektorok írnak le metrikusan ( 26 ), és keressük meg a fénysugár terjedési idejét a ponttól a határig . A metrika ( 26 ) a fényszerű vektorok ( ) állandóinál a következő formában van:
Ebből látható, hogy Poincaré a fényjel terjedési ideje a pontban elhelyezkedő forrástól a határig , i.e. a határ koordinátája mentén végesnek bizonyul:
Egy masszív részecske, amikor egy geodetikus mentén mozog, nem éri el a határt, és véges időn belül visszatér arra a pontra, ahonnan elkezdett mozogni. Ennek eredményeként az AdS térben lévő szabad részecskék egy gravitációs dobozban vannak .
A fenti tulajdonság szorosan összefügg a globális hiperbolicitás hiányával az AdS térben: az AdS tér bármely fizikai rendszerének evolúciójának leírásához a Cauchy felület kezdeti feltételein túlmenően kiderül, hogy be kell állítani peremfeltételek a teljes konformális határon. Ez annak a következménye, hogy ez a határ időbeli irányt tartalmaz. Ebből egy fontos következtetés következik: ha az AdS tér nyalábjában a dinamikát adjuk meg, akkor annak konformális határán is egyedileg adjuk meg a dinamikát, és fordítva. Bizonyos értelemben ez a tulajdonság a húrelméletben jól ismert holografikus megfelelés (AdS/CFT levelezés) alapja. Nagyjából elmondható, hogy az AdS tömegében a gravitáció egyértelműen meghatározza a konformális térelméletet a határán. Ennek eredményeként, mondjuk egy részecske dinamikája a határon, két egyenértékű leírást enged meg - a gravitációs és a kvantumtér.
Intuitív módon paradoxnak tűnhet a részecskedinamika egyértelmű holografikus kapcsolata valamely tér határán és térfogatában (az ömlesztettben ), mivel a határnak kisebb a dimenziója, aminek – úgy tűnik – korlátozottabb dinamikához kellene vezetnie. Ezek az intuíciók azonban tévesnek bizonyulnak az AdS tér esetében. Ezzel kapcsolatban érdemes megemlíteni a terület és a térfogat arányát az AdS területén. Egy sík térben egy lineáris méretű térrégió területének a térfogatához viszonyított aránya így viselkedik . A sugarú AdS térben ez az arány másként viselkedik - kimutatható, hogy kellően nagy esetén úgy viselkedik , mint pl. nem függ a lineáris mérettől (lásd például [12] ). Ezért a végtelenbe hajlóan világossá válik, hogy az AdS határa annyi fizikai szabadsági fokot (például hullámcsomagok formájában lévő részecskéket) tud befogadni , amennyi ennek a térnek a teljes térfogata.
A határvonalak szerkezetét kényelmesen szemlélteti a Penrose diagram. Ennek a diagramnak a koordinátákban való felépítéséhez ( 7 ) emlékeznünk kell arra, hogy a globális idő ciklikus, azaz. csak az oksági tartományt lehet megszerkeszteni, például . Változtassunk a mérőszámon ( 6 ). A ( 20 )-ból kitűnik , hogy kényelmesebb egy henger lokális metszetét olyan síkban vizsgálni, amelyre nézve . Az időbeli és térbeli részek tömörítési folyamata , amelyet korábban a metrika globális koordinátákban történő meghatározásánál ismertettünk, egy konformális tényező megjelenéséhez vezet, és így megőrzi azokat a fényszerű görbéket, amelyekre . Így a Penrose diagram -síkján lévő összes egyenes , amely szöget zár be a vagy -hoz képest , fényjeleknek felel meg. Egy ilyen paraméterezésben a tér Penrose-diagramja a 4. ábrán látható globális henger lapos szimmetrikus vetülete, és a diagram minden pontja valójában egy gömb . Ez a diagram az 5. ábrán látható
Az AdS tér gravitációs megjelenésének jól ismert példája a metrika megoldása egy extrém töltésű Reisner-Nordström fekete lyuk horizontja közelében. A fekete lyuk gömbszimmetrikus metrikájának általános képe:
|
( 28 ) |
ahol a térszög négyzete, és egy statikus, gömbszimmetrikus, töltött Reissner-Nordström fekete lyuk négydimenziós térben történő megoldásának függvénye:
|
( 29 ) |
A ( 29 ) általánosítása a mérések esetére a következő helyettesítéssel [13] :
|
( 30 ) |
Itt van a fekete lyuk tömege és a fekete lyuk töltése méterben. Az egyenlet gyökei a metrika szingularitási pontjai ( 28 ). Ha , azaz a fekete lyuk töltetlen, akkor ennek az egyenletnek egy gyöke van, és a metrikának van egy eseményhorizontja a Schwarzschild-sugárban . A Reissner-Nordström megoldás esetében két gyök és :
Tekintsük azt az esetet , amikor a metrikának ( 28 ) csak egy szingularitási pontja van, és az úgynevezett szélsőséges Reissner-Nordström fekete lyuk metrikájába kerül:
Kibővíthető a függvény ehhez a szingularitáshoz közel , ha bevezetjük:
|
( 31 ) |
A bővítést ( 28 )-ba behelyettesítve és a vezető sorrendet megtartva a következő mérőszámot kapjuk a fekete lyuk közelében:
|
( 32 ) |
A metrika ( 32 ) topológiai felépítésű , ahol az AdS-rész Poincaré-koordinátákkal van írva. Ez a mérőszám Bertotti-Robinson mérőszámként ismert. A Poincare-horizont ebben a mérőszámban , amint azt korábban tárgyaltuk, egy extrém fekete lyuk eseményhorizontjának felel meg, és a ( 31 )-ből következik . Ezzel szemben a konformális határ ( ) a fekete lyuktól végtelenül távoli térrégiónak felel meg .
Mint ismeretes, a fekete lyukak sugároznak, így hozzárendelhetők egy bizonyos hőmérséklet, az úgynevezett Hawking-hőmérséklet. Ez a sugárzás egy kvantumhatás a fekete lyukak eseményhorizontjához közel. Egészen egyszerűen ez a hatás a következőképpen írható le. Ha egy gömbszimmetrikus fekete lyuk horizontjában lévő kvantumtereket vizsgálunk (görbült geometriával szemben), a mezőoperátorok hatékonyan felbonthatók (lásd például [14] ) a horizonton túlmutató és a területet elhagyó módokra. horizont régióban, és kibocsátják a világűrbe. Így egy gömbszimmetrikusan ívelt szinguláris háttéren a sugárirány kiemelődik. Ennek a hatásnak a fizikai értelmezése az, hogy a fekete lyuk horizontjához közeli gravitációs mezők, amelyek az anyagmezők hátterének tekinthetők, részecskepárok létrejöttéhez vezetnek, amelyek közül az egyik bejut a fekete lyukba, a másik pedig úgy bocsát ki. egy fizikai részecske a tömeg felületén. Ennek a sugárzásnak termikus spektruma van, és a Hawking-sugárzásról kapta a nevét [15] . Hőmérséklete gömbszimmetrikus Schwarzschild-típusú megoldásoknál meglehetősen általános esetben számítható:
Ebben az esetben, amint az például a [16] -ban látható , a Hawking-hőmérséklet a következőképpen alakul:
|
( 33 ) |
ami a ( 28 ) jelölésben átírható így:
|
( 34 ) |
hol van a szinguláris pont . Tekintsünk egy statikus töltetlen fekete lyukat a háttérben, amely az Einstein-egyenletek szinguláris megoldása negatív kozmológiai állandóval (( 4 ) és ( 30 ) felhasználásával:
|
( 35 ) |
Itt van egy paraméter, amely az M fekete lyuk tömegéhez és a Newton-féle ötdimenziós állandóhoz kapcsolódik az összefüggés alapján:
A szinguláris tényező, mint a ( 29 ) esetben, egyenlő:
A szinguláris pont (horizont) az egyenlet megoldása :
|
( 36 ) |
Mivel a skála rögzített, két aszimptotikuma van:
A horizont sugarát a Schwarzschild-sugár korlátozza:
|
( 37 ) |
Az aszimptotikus viselkedés az AdS térben lévő fekete lyuk tömegének minőségi jellemzője . Egy fekete lyuk, amelyet kicsinek neveznek . Az ilyen fekete lyukak esetében a ( 37 ) reláció egységre törekszik. Ezzel szemben azokat a fekete lyukakat, amelyek teljesülnek , nagynak nevezzük . Számukra a ( 37 )-ből kapjuk .
A ( 36 ) és ( 37 ) kifejezések ( 34 )-re cserélése lehetővé teszi egy fekete lyuk Hawking-hőmérsékletének meghatározását a háttérben:
|
( 38 ) |
Ennek a hőmérsékletnek két aszimptotikája van, amelyek egy nagy és egy kis fekete lyuknak felelnek meg:
Látható, hogy a Hawking-hőmérséklet mind a nagy tömeg határán, mind a kis fekete lyuk tömegének határán nő. Így az űr támogatja [17] a viszonylag stabil, sugarú fekete lyukak létezését . Ugyanakkor a kis fekete lyukak Hawking-hőmérséklete úgy viselkedik, mint a Minkowski-tér fekete lyukaiké (minél kisebb, annál melegebb). Ez azt jelenti, hogy kis fekete lyukak esetén az R térgörbület elhanyagolható.. A fenti eredmények a fekete lyukak termodinamikájára általánosíthatók -ra . Ehhez általános esetben le kell vezetnie a Hawking-hőmérsékletet ( 38 ). Ezt a hőmérsékletet a horizonthoz közeli euklideszi metrika úgynevezett kúpos szingularitás elemzéséből vonják ki (lásd például [18] ). A sugárzási hőmérsékletet az euklidizáció után (a Wick-forgatással ) az euklideszi idő zárási periódusának nevezik a kvantumtérelméletben véges hőmérsékleten.
Tekintsünk egy olyan teret a globális koordinátákban, amelynek beágyazott szingularitása, például egy fekete lyuk:
|
( 39 ) |
ahol a Newton-állandó, a beágyazott szingularitás tömege, és a beágyazott szingularitás Schwarzschild-sugara:
|
( 40 ) |
Továbbá, ha a külső horizontot egy szinguláris tényező egyenletének legnagyobb megoldásaként határozzuk meg,
|
( 41 ) |
elvégezhető a Wick-elforgatás, és egyidejűleg a közeli metrika figyelembevétele , áthaladva a nézet radiális koordinátájához :
|
( 42 ) |
Ha a térelméletet véges hőmérsékleten ezen a háttéren vizsgáljuk, az euklideszi időt periódussal zártnak kell feltenni , ekkor az elméletet meghatározó útintegrál a véges hőmérsékletű rendszer partíciós függvényére redukálódik :
Ugyanezt a hőmérséklet-definíciót használják a fekete lyuk közelében lévő metrika elemzésekor is. A ( 42 ) első tagja az euklideszi idő zárásakor , ahol
|
( 43 ) |
definiálja egy kétdimenziós sokaság poláris koordinátáiban mért metrikáját, amelynek kúpos szingularitása [19] a pontban van . Ezért azt találjuk, hogy az euklideszi idő periódusa , mivel ellenkező esetben a kúpos szingularitás jelenléte a horizonton a metrika simaságának elvesztéséhez vezet. Ezért a ( 43 ) segítségével a következőképpen definiálhatjuk :
Tehát a beágyazott fekete lyuk hőmérséklete :
|
( 44 ) |
Ez az eredmény általánosít ( 38 ).
A fekete lyuk akkor stabil, ha fajhője pozitív, azaz. amikor a rendszer egy fekete lyuk - a mező egyensúlyba kerül. A ( 44 ) egyenlet paraméterez valamilyen görbét , amelynek minimumát a feltételből találjuk meg:
A megkülönböztetés ( 40 ) azonban a következőket adja:
honnan következik, hogy i.e. a minimumot a következőkből határozzák meg :
ami a minimális hőmérséklet kifejezéshez vezet:
Az alacsony tömegű fekete lyukak, amelyek hőmérséklete meghaladja a minimumot, termodinamikailag instabilnak bizonyulnak (mint a Minkowski-tér fekete lyukai). Ahogy a fekete lyuk tömege egy bizonyos kritikus érték fölé nő, amelynél a hőmérséklet minimálisra csökken, a fekete lyuk termodinamikailag stabillá válik. Így a tér képes támogatni a stabil, egymásba ágyazott fekete lyukak létezését.
A metrikába ( 35 ) aszimptotikusan beágyazott és általa leírt fekete lyukak esetében figyelembe vehetjük a Poincaré-koordinátákra való átmenetet, és megkaphatjuk a ( 32 ) analógját. Ez az átmenet a globálisnak csak egy részének figyelembevételét jelenti, és fizikai megfontolások szabják meg.
A Poincare-koordinátákra való átmenetet egy beágyazott fekete lyuk általános esetére a [20] írja le . A határértékben a metrika ( 39 ) az euklideszi aláírásban a következő alakot ölti:
Ez azt mutatja, hogy a hőmérséklet megadásakor az euklideszi időt egy sugarú körbe kell hajtani (fix ) esetén, és az utolsó tagban lévő -dimenziós gömb sugara . Ebben az esetben a limitben azt kapjuk , hogy . Mivel a határ annak a konformális határnak felel meg, amelyen a konformális térelmélet (CFT) él , a határérték felvétele után a teljes skála-tényező elvethető (mivel csak a relatív skáláknak van értelme), és a konformális határ topológiája lesz . Azonban, ahogy a Poincaré-koordinátákra való átlépés után , a topológiával konformális határt kell kapnunk , mivel véges hőmérsékletű CFT-t próbálunk elérni egy sík térben, nem pedig egy gömbön. Ez azt jelenti, hogy akkor figyelembe kell venni a reláció végtelen határát , ami lehetővé teszi, hogy figyelmen kívül hagyjuk a térbeli rész topológiáját,
Így a kívánt határértéket -kor érjük el , ami csak -kor lehetséges . Ebben a határértékben át kell méretezni a koordinátákat, hogy a tag véges maradjon a -nál . óta a kívánt átméretezés így néz ki:
|
( 45 ) |
|
( 46 ) |
A mérőszám ( 39 ) a csere után ( 45 ), ( 46 ), valamint a határértékben az euklidesedés a következőképpen alakul:
|
( 47 ) |
ahol . A periódus megtalálásához megjegyzendő, hogy a ( 41 ) nagy egyenlet határában a következő alakra redukálódik:
Ahonnan ugyanabban a nagy határban ( 44 ) kapjuk:
Továbbá a ( 46 )-ból az következik, hogy a ( 47 ) -ben szereplő euklideszi időszak a következőképpen van kifejezve:
Így a CFT vizsgálata a tér konformális határán egy beágyazott fekete lyukkal a végtelen fekete lyuk tömegének határán, , a CFT leírásához vezet véges hőmérsékleten, amely lineárisan függ a térbeli dimenziók számától .
at , azaz egy térbeli fekete lyukat tekintve a metrika ( 47 ) a következő alakot ölti:
A , , helyettesítések után a következőt kapjuk :
|
( 48 ) |
A metrika ( 48 ) a Poincare-koordinátákban beágyazott fekete lyukkal rendelkező teret írja le (ezt a mérőszámot néha lapos fekete lyuknak nevezik). Pontosabban, ez a mérőszám a tér AdS részét írja le az úgynevezett nem szélsőséges D3-bránok közelében. A metrika ( 48 ) szingularitást mutat a pontban , ez a pont a Schwarzschild-sugár analógjaként működik a Minkowski-térbe ágyazott fekete lyukhoz (a ponton áthaladva a metrika aláírása megváltozik - idő és tér sugárirányban helyet cserélni ). Még egyszer hangsúlyozni kell, hogy ez az átmenet a határértékben történik (fizikai megfontolások diktálják!), amikor a ( 40 ) egyenletnek egyedi megoldása van, míg a topológiájú konform határon a CFT értéke meghatározható véges hőmérséklet egyenlő
Az alkalmazott határérték miatt ez egy nagy fekete lyuk hőmérséklete (amely nagyobb, annál melegebb, ellentétben egy kis fekete lyukkal, amelynek termodinamikája hasonló a lapos térben lévő fekete lyukhoz). A kis fekete lyukak teljesen eltűnnek a metrikára való átmenet során ( 48 ).
A tér az AdS/CFT megfelelési hipotézis 1997- es megjelenése után kezdett hatalmas szerepet játszani a húrelméletben és a kapcsolódó területeken . Ez a tér aszimptotikusan egy nagyszámú D3-brán köteg közelében keletkezik a IIB típusú tízdimenziós szupergravitációban, amely viszont a IIB típusú szuperhúrelmélet alacsony energiájú közelítése. A megfelelő megoldás a D3-brán darabokból álló mérőszámra a következő:
|
( 49 ) |
ahol a és a függvények megtalálhatók a [21]-ben ,
|
( 50 ) |
|
( 51 ) |
Itt - húrcsatolási állandó, - húrfeszesség.
A metrika ( 49 ) aszimptotikusan lapossá válik, de a esetén a következőt kapjuk:
|
( 52 ) |
Az ( 52 ) -ben szereplő első két kifejezés a Poincare-koordinátákban lévő teret írja le (a helyettesítés ( 18 )-hoz vezet ). Így a metrika ( 52 ) azt a teret írja le, ahol a gömb állandó sugarú , azaz. a IIB típusú szupergravitációban lévő D3-bránok halma körüli metrika ( 49 ) a forrás közelében (a veremtől való távolság ) aszimptotikusan állandó sugarú torokkal rendelkezik ( a tölcsér minden köre egy gömb ).
A metrika ( 49 )-( 50 ) topológiai szerkezetének megjelenése a szingularitás közelében látható hasonlóságot mutat a metrika ( 32 ) topológiai struktúrájának megjelenésével egy töltött fekete lyuk horizontja közelében, 4 dimenzióban, aszimptotikusan lapos Minkowski tér.
A nyak területét az állapot határozza meg . A klasszikus gravitációs leírás alkalmazhatósága megköveteli a határértékek és a korlátok figyelembe vételét , ellenkező esetben a húrjavítások jelentősnek bizonyulnak. ez azt jelenti
|
( 53 ) |
határban , azaz a D3-as bránok száma a veremben (egy végtelenül masszív verem közelítése). Ebben az esetben a forrást végtelenül eltávolítjuk a torok bármely pontjáról ( 52 ), ami azt jelenti, hogy a metrika ( 52 ) a torkon belüli bármely régió háttérmutatójának tekinthető.
A IIB típusú szupersztring elméletben , amelyben a húrok kezdetben zárva vannak, a nyitott karakterláncok dinamikusan keletkeznek, és a bránokban végződnek (szintén dinamikusan keletkeznek). A húrvégek dinamikája egy bizonyos térelméletet határoz meg ezeken a bránokon lapos téridőben . A D3-bránok esetében ez egy szuperszimmetrikus Yang-Mills-elmélet egy mérőcsoporttal , amely egy konform térelmélet csatolási állandóval . Ennek az elméletnek a dinamikáját, amint azt fentebb említettük ( Határnyaláb kapcsolat az AdS dinamikájához című részben ), teljes mértékben a IIB típusú szupergravitáció határozza meg a háttérben , és fordítva. Nagyjából ez az AdS/CFT megfelelési hipotézis lényege .
Fontos megjegyezni, hogy ( 53 ) miatt a konformális térelmélet gravitációs leírása alkalmazható a -nál , i.e. az erős csatolási határban, ami potenciálisan széles lehetőségeket nyit meg az erős csatolás nem zavaró leírására a mérőmezőelméletben, a gravitáció segítségével a nagyobb dimenziójú AdS térben. Ennek az elképzelésnek a kidolgozása óriási szerepet játszott a modern elméleti fizikában, és számos fenomenológiai modell megalkotásához vezetett az erős csatolási rendszerben előforduló különféle fizikai jelenségek leírására, különösen az erős kölcsönhatások elméletében (lásd az AdS/QCD levelezést ). ).