弦理论解开了黑洞光子球外粒子行为的谜团

2022年1月7日整理发布：在点粒子的量子理论中，一个基本量是相关函数，它测量粒子从一个点传播到另一个点的概率。当两点通过类似光的轨迹连接时，相关函数会产生奇点。在平坦的时空中，有这样一条独特的轨迹，但当时空弯曲时，可以有许多连接两点的光一样的轨迹。这是引力透镜的结果，它描述了弯曲几何对光传播的影响。

在黑洞时空的情况下，有类似光的轨迹在黑洞周围盘旋数次，从而形成一个黑洞光子球，正如事件视界望远镜(EHT)最近拍摄的超大质量黑洞图像所见在银河系 M87 的中心。

EHT Collaboration 于 2019 年 4 月 10 日发布的图像捕捉到了黑洞及其光子球体的阴影，即围绕它的光环。光子球可能出现在黑洞的某个区域，在该区域，从水平方向进入的光会被重力迫使在不同的轨道上传播。这些轨道导致上述相关函数中的奇点。

然而，在某些情况下，由多次环绕黑洞的轨迹产生的奇点与物理预期相矛盾。Dodelson 和 Ooguri 已经表明，这种奇点在弦理论中是可以解决的。

在弦理论中，每个粒子都被认为是弦的特定激发态。当粒子沿着黑洞周围几乎类似光的轨迹行进时，时空曲率会导致潮汐效应，从而拉伸弦。

Dodelson 和 Ooguri 表明，如果将这些影响考虑在内，奇点会与物理预期一致地消失。他们的结果提供了证据，即一致的量子引力必须包含扩展对象，例如弦作为其自由度。