量子引力唯象模型的理论探讨及相关应用研究

By taking the phenomenological model of quantum gravity and black hole as the main research objects, firstly, this project will use the data of the gravitational wave to exlpore the value of the parameter which characterized the effect of quantum gravity, which will provide an important significance for the perfect quantum gravity theory; secondly, the aim of this project is to discuss how quantum gravity influence on Hawking radiation and black hole thermodynamics with the aid of the Parikh-Wilczek tunnelling method, and further present the thermodynamic properties at the final stage of the black hole evolution, then this will help us investigate the black hole information loss in the background of quantum gravity; finally, we will discuss the possible resolution of the information loss problem with the inclusion of quantum-gravity effects, and then clarify that Hawking radiation as tunneling is an entropy conservation process and no information loss occours. This project belongs to the basic research discipline, which related to the most hottest and diffcult problems of gravitational wave、quantum gravity and black hole physics, resluts of which will have an important significance to theoretical physics and astrophysics.

该项目以量子引力唯象模型和黑洞作为研究对象。首先，项目将采用来自LIGO的引力波实验数据，探索唯象模型中表征量子引力效应的参数取值问题，这对于人们将来揭示完备的量子引力理论具有重要的参考意义；其次，项目将运用Parikh-Wilczek量子隧穿法，探索量子引力唯象模型对黑洞霍金辐射及其热力学的影响，从而揭示黑洞晚期的演化规律，并为补充解释黑洞信息丢失疑难奠定基础；最后，项目将采用标准统计方法，探索量子引力唯象模型对黑洞信息丢失疑难的影响，阐明黑洞霍金辐射仍是一个熵守恒的蒸发过程，信息并没有丢失。本项目属于基础研究，涉及到引力波、量子引力理论和黑洞物理学的前沿重点和难点课题，其研究结果对理论物理和天体物理的学科发展具有重要意义。

目前，量子引力唯象模型和黑洞均是人们研究的前沿热点课题。本项目致力于在实验对量子引力唯象模型的中的洛伦兹破缺（LIV）模型进行约束，并在理论上应用该模型研究分析量子引力效应对黑洞蒸发及信息丢失的影响。研究结果为人们将来揭示完备的量子引力效应具有重要的参考意义，并极大促进理论物理和天体物理的学科发展。其主要内容包括：（1）、基于量子引力唯象模型-LIV模型，项目利用了超高精度氢原子1S-2S跃迁实验给出了表征LIV效应大小的一阶、二阶LIV色散关系参数的约束；（2）、采用Parikh-Wilczek量子隧穿法，研究了量子引力对Kerr和R-N黑洞隧穿辐射与热力学的影响，这完善了黑洞的真实蒸发图像；（2）、检验了黑洞信息丢失疑难，并证实了量子引力背景下的黑洞辐射仍是熵守恒的幺正过程；（3）、发展了粒子吸收模型，在不同假设下检验了不同相空间中黑洞的热力学定律及弱宇宙监督者假设；（4）、发展了光线追踪法，研究了不同黑洞参数及物质场在吸积物背景下对黑洞可观测外观的影响，更详细地揭示了黑洞外观的可观测特征；（5）、建立了阴影热力学，为探测黑洞相变提供了一种有效的探针。此外，我们还建立了“quintessence”相空间中的黑洞热力学，促进了不同相空间中黑洞热力学的发展。