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(gè)原子處在量子場(chǎng)中，那么原子的各個(gè)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(kāi)來(lái)研究，這就需要對(duì)原子和場(chǎng)的算符選取某種排序。如果對(duì)原子和場(chǎng)的算符選取任意排序，真空漲落和輻射反作用對(duì)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(lái)，Dalibard，Dupont-Roc和Cohen-Tannoudji證明，只要對(duì)原子和場(chǎng)的變量采用對(duì)稱算符

2、序列，真空漲落和輻射反作用對(duì)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(dú)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(chǎng)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(duì)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(yùn)用這種方法分別研究了兩維、四維史瓦希黑洞外部背景時(shí)空中的一個(gè)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(wú)質(zhì)量實(shí)標(biāo)量場(chǎng)耦合的二能級(jí)原子的平均能量變化率，具體計(jì)算了真空漲落和輻射反作用對(duì)這個(gè)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(shuō)，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?qǐng)鲋?，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(huì)自發(fā)激發(fā)，而在平直時(shí)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(gè)巨大的熱庫(kù)，它不斷地對(duì)外輻射出能量，這個(gè)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(chǎng)中，因此相對(duì)局域慣性系有一個(gè)加速度帶來(lái)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(gè)溫度與原子距黑洞中心的距離有關(guān)。這是因?yàn)椋涸诤诙赐獠恳?chǎng)中位置固定的二能級(jí)原子相對(duì)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(duì)應(yīng)的熱庫(kù)溫度就越高。在無(wú)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(huì)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