时空本质与相关效应的研究

We plan to carry out, in this project, investigations in the dynamics of elementary quanutm systems in curved bacckground and quantum analogue gravity; dynamical Casimir effect outside a radiating black hole and that of metamaterials; the Hawking radiation and the Unruh effect of analogue black holes and the dynamical properties of the analogue black hole horizon. The planed research lies at the intesection of .quantum theory, gravity theory, theory of interaction between light and matter, and metamaterials. We hope to establish a new analogue system to probe the nature of spacetime, to examine by analogue gravity the quantum effects related with the nature of spacetime such as the Hawking radiation, the Unruh effect, etal to reveal the new phenomena and laws resulting from the combination of quantum theory and gravity, and to find possible clues to experimentally verifying the unqiue quantum effects of quantum gravity, so as to provide valuable insights into the nature of general relativity and quantum theory and even the quantization of gravity.

本项目在以下几个方面开展研究：弯曲时空背景中基本量子系统的动力学性质以及量子类比引力体系；辐射黑洞外部和超材料的动态Casimir效应；类比黑洞的Hawking辐射，Unruh效应和类比黑洞视界的动力学性质。本项目是一个涉及量子理论、引力理论、光与物质相互作用理论以及超材料性质的交叉研究课题。我们希望通过本项目的研究提出一种新的研究时空（引力）本质的类比系统和方法；通过类比系统探讨一些与时空本质相关的量子效应，如Hawking辐射，Unruh效应等，揭示时空的本质和引力论与量子论结合可能导致的新的物理现象与规律; 提出利用类比体系实验检验引力论与量子论结合所导致的独特物理效应如Hawking辐射的可能思路，为深入理解广义相对论与量子论的本质，乃至为量子引力提供具有重要参考价值的结果。

项目在以下几个方面开展了研究工作: 弯曲时空量子场论的量子多体系统模拟以及量子类比引力体系; 弯曲时空量子效应和量子纠缠动力学，引力的全息性质，低能量子引力效应以及引力波等。项目取得了以下主要结果：我们提出了一个利用量子多体系统模拟弯曲时空量子场论的模型，并研究了黑洞Hawking辐射和量子纠缠；提出了一种利用类比宇宙弦（一种各向异性的非线性介质）探测量子光锥涨落的方案；从有效场论角度出发构建了库珀对密度波的全息模型，揭示了低温有序态独特的互相交织的行为可能根植于量子临界金属强烈的纠缠性质。同时模型还预言了宇称的自发破缺，这与最近高温超导中的实验观测一致；我们提出了一个顺磁/铁磁相变的全息模型：在低温时磁矩自发产生，在高温时体系处于顺磁相，磁化率满足 Curie-Weiss定律，实现了磁滞回线。模型为研究超导/（反）铁磁共存提供了基础；我们研究了经典引力相互作用的量子修正，并探讨了这种量子修正的实验观测可能性；我们研究了原初黑洞与原初引力波以及预热时期的原初引力波，发现这些原初引力波有可能达到未来引力波计划的探测范围； 我们研究弯曲时空中的原子的量子纠缠动力学，发现量子纠缠动力学可以反映时空的本质和特性。我们的研究提出了利用类比体系实验检验引力论与量子论结合所导致的独特物理 效应如Hawking辐射的可能思路，为揭示时空的本质和引力论与量子论结合可能导致的新的物理现象与规律; 为深入理解广义相对论与量子论的本质，乃至为量子引 力提供具有重要参考价值的结果。