Antidesitter tér

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. május 29-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 122 szerkesztést igényelnek .

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 :

Az AdS meghatározása beágyazási felületként

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.

Az AdS meghatározása homogén térként

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:

.

A hirdetési terület metrikájának általános tulajdonságai

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.

Globális koordináták az AdS d+1 -en

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]

Poincaré koordináták az AdS-en

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.

AdS (E) Poincaré-koordinátái d+1 (euklideszi változat)

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 .

Poincaré koordináták az AdS d+1 -ben

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 .


Speciális konform transzformációk Poincare koordinátákban

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 konform határa

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.

AdS határa globális koordinátákban

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.

AdS határa Poincaré koordinátákban

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 skyline

A ( 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] .


Konform AdS-határ Poincaré-koordinátákban

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 .

A fény véges terjedési ideje a határig az AdS-ben

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 .


Határnyaláb kapcsolat az AdS dinamikájához

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.


Penrose diagram

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

A hirdetések Schwarzschild-megoldásként egy feltöltött fekete lyukhoz

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 .

Fekete lyukak termodinamikája az AdS térben

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.


Áttérés Poincaré koordinátákra

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 ).

Hirdetések a string elméletben

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 ). ).

Jegyzetek

  1. S. Kobayashi és K. Nomizu, "Foundations of Differential Geometry", 1. kötet. A Wiley Publication in Applied Statistics, Wiley, 1996.
  2. Vannak más fészkelőhelyek is, ahol a globális idő nem zárható le.
  3. T. Koda, "Bevezetés a homogén terek geometriájába", 2009.
  4. Szigorúbban, a topológiában egy főköteg felépítéséről beszélünk egy bázison egy vetülettel és egy tipikus szállal . Mivel a és Lie csoportok, de van homomorfizmus (kernellel ), ezt írhatjuk: .
  5. 1 2 L. P. EISENHART, "Riemanni geometria", p. 84-85. Princeton University Press, 1949.
  6. MP d. Carmo, "Riemanni geometria" / Manfredo do Carmo ; fordította: Francis Flaherty. Matematika. Elmélet és alkalmazások, Boston: Birkhäuser, 1992.
  7. P. Petersen, "Riemanni geometria". Graduate Texts in Mathematics, Springer New York, 2006.
  8. J. Penedones, „TASI előadások az AdS/CFT-ről”, in Theoretical Advanced Study Institute in Elementary Particle Physics: New Frontiers in Fields and Strings, 8, 2016.
  9. ↑ A hiperbolikus formában lévő metrika a ( 4 ) módosításával és a ( 7 ) használatával is megkapható .}.
  10. ↑ A továbbiakban az ömlesztett kifejezés a globális térnek a koordinátaborításon (folton) kívül eső területeit jelöli olyan jellemzők nélkül, mint a határ vagy a horizont.
  11. CA Bayona és NRF Braga, "Antide Sitter határa Poincare koordinátáiban", Gen. Rel. Grav., vol. 39. o. 1367-1379, 2007.
  12. B. Zwiebach, "A húrelmélet első kurzusa". Cambridge University Press, 7, 2006.
  13. PP Avelino, AJS Hamilton, CAR Herdeiro és M. Zilhão, "Mass inflation in a ddimensional reissnernordström black hole: A hierarchy of particle accelerators?", Physical Review D, vol. 84, 2011. júl.
  14. SW Hawking, "Részecske létrehozása fekete lyukak által", Kommunikáció a matematikai fizikában, vol. 43. sz. 3. o. 199-220, 1975.
  15. C. Kiefer, "Towards a full quantum theory of black holes", Lecture Notes in Physics, p. 416-450, 2003. júl.
  16. ZZ Ma, „Hawking-hőmérséklet Kerr–Newman–Ads fekete lyuk az alagútból”, Physics Letters B, vol. 666. o. 376-381, 2008. szept. 36
  17. Itt feltételezzük, hogy egy termodinamikailag stabil konfiguráció akkor lehetséges, ha a fekete lyuk párolgása megegyezik az általa elnyelt tömeggel.
  18. H. Năstase, "Bevezetés az AdS/CFT levelezésbe". Cambridge University Press, 2015.
  19. Kúpos szingularitás fordul elő egy hengeres típusú metrikában , ahol , de . Ebben az esetben -ból nézve nem egy hengert kapunk, hanem egy kúpot, aminek nyilvánvalóan görbületi szingularitása van a pontban .
  20. E. Witten, "Antide sitter space, termikus fázisátmenet és bezártság a mérőelméletekben", 1998.
  21. GT Horowitz és A. Strominger, "Black strings and Pbranes", Nucl. Phys. B, vol. 360. o. 197-209, 1991.

Irodalom

  • S. Kobayashi és K. Nomizu, "Foundations of Differential Geometry", 1. kötet. A Wiley Publication in Applied Statistics, Wiley, 1996.
  • T. Koda, "Bevezetés a homogén terek geometriájába", 2009.
  • LP EISENHART, "Riemanni geometria", p. 84-85. Princeton University Press, 1949.
  • képviselő d. Carmo, "Riemanni geometria" / Manfredo do Carmo ; fordította: Francis Flaherty. Matematika. Elmélet és alkalmazások, Boston: Birkhäuser, 1992.
  • P. Petersen, "Riemanni geometria". Graduate Texts in Mathematics, Springer New York, 2006.
  • J. Penedones, "TASI előadások az AdS/CFT-ről", in Theoretical Advanced Study Institute in Elementary Particle Physics: New Frontiers in Fields and Strings, 8, 2016.
  • CA Bayona és NRF Braga, "Antide Sitter határa Poincare koordinátáiban", Gen. Rel. Grav., vol. 39. o. 1367-1379, 2007.
  • B. Zwiebach, "A húrelmélet első kurzusa". Cambridge University Press, 7, 2006.
  • PP Avelino, AJS Hamilton, CAR Herdeiro és M. Zilhão, "Mass inflation in a ddimensional reissnernordström black hole: A hierarchy of particle accelerators?", Physical Review D, vol. 84, 2011. júl.
  • SW Hawking, "Részecske létrehozása fekete lyukak által", Communications in Mathematical Physics, vol. 43. sz. 3. o. 199-220, 1975.
  • C. Kiefer, "A fekete lyukak teljes kvantumelmélete felé", Fizikai előadási jegyzetek, p. 416-450, 2003. júl.
  • ZZ Ma, „Hawking-hőmérséklet a kerr–newman–ads black hole from tunnelingből”, Physics Letters B, vol. 666. o. 376-381, 2008. szept. 36
  • H. Năstase, "Bevezetés az AdS/CFT levelezésbe". Cambridge University Press, 2015.
  • E. Witten, "Antide sitter space, termikus fázisátmenet és bezártság a mérőelméletekben", 1998.
  • GT Horowitz és A. Strominger, "Black strings and Pbranes", Nucl. Phys. B, vol. 360. o. 197-209, 1991.

Linkek