原子的自激發(fā)與史瓦希黑洞的霍金輻射.pdf

1、在量子輻射理論中，人們把物理量的變化歸結(jié)為真空漲落和輻射反作用兩部分的貢獻(xiàn)，如果一個原子處在量子場中，那么原子的各個物理量的變化就是由這兩者引起的．我們可以把這兩者的貢獻(xiàn)分離開來研究，這就需要對原子和場的算符選取某種排序。如果對原子和場的算符選取任意排序，真空漲落和輻射反作用對原子某物理量的變化的貢獻(xiàn)就存在著一定的不確定性。后來，Dalibard，Dupont-Roc和Cohen-Tannoudji證明，只要對原子和場的變量采用對稱算符

2、序列，真空漲落和輻射反作用對物理量變化率的貢獻(xiàn)將分別都是厄密量，這種不確定性便可以消除，并且真空漲落和輻射反作用將各自具有獨立的物理意義．1994年，Jurgen Audretsch和Rainer Mǔller應(yīng)用這套理論研究了真空標(biāo)量場中加速原子的自激發(fā)現(xiàn)象，分析、比較了真空漲落和輻射反作用對加速原子平均能量變化率的影響。 在這篇碩士論文中，我們運用這種方法分別研究了兩維、四維史瓦希黑洞外部背景時空中的一個位置固定的、分別與二

3、維Hartle Hawking真空和Unruh真空以及四維Bouware真空、Hartle Hawking真空和Unruh真空無質(zhì)量實標(biāo)量場耦合的二能級原子的平均能量變化率，具體計算了真空漲落和輻射反作用對這個平均能量變化率的貢獻(xiàn)，從這些能量變化率我們可以獲取與黑洞有關(guān)的物理信息，由此可以推導(dǎo)出霍金輻射.可以說，原子自發(fā)激發(fā)原理為我們研究黑洞霍金輻射提供了另一種新方法． 研究發(fā)現(xiàn)，在Hartle Hawking真空和Unruh真

4、空中，原子雖然位置固定并且處于真空場中，仍然可以自發(fā)地由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，即黑洞外部真空中的位置固定的基態(tài)原子會自發(fā)激發(fā)，而在平直時空中靜止的原子是不能由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的，只能由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)．結(jié)果顯示，黑洞就像一個巨大的熱庫，它不斷地對外輻射出能量，這個能量輻射形式與標(biāo)準(zhǔn)熱輻射完全相同，原子感受到的輻射溫度既有輻射源(黑洞)的貢獻(xiàn)，也有由于原子固定黑洞外部引力場中，因此相對局域慣性系有一個加速度帶來的Unruh熱效應(yīng)的貢獻(xiàn)，因此一

5、般情況下原子感受到的溫度大于霍金溫度，并且這個溫度與原子距黑洞中心的距離有關(guān)。這是因為：在黑洞外部引力場中位置固定的二能級原子相對于局域慣性坐標(biāo)系的加速度與黑洞所處的位置有關(guān)．原子距黑洞越近，它下落的加速度就越大，因而對應(yīng)的熱庫溫度就越高。在無窮遠(yuǎn)處，原子自由下落的加速度趨近與零，原子感受到的輻射溫度就是黑洞輻射的霍金溫度TH。而在四維Bouware真空中，基態(tài)原子是穩(wěn)定的，它不會自激發(fā)，并且原子的能量變化率不具有熱輻射形式．在視界附近