[论文解读] Hawking radiation via tachyon condensation and its implications to tachyon cosmology

Huiquan Li, Jiancheng Wang|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 28被引用 3

一句话总结

本文提出，霍金辐射源于一个探测D粒子在非极端黑洞中下落时的快子凝聚，其中快子向哈杰多恩温度滚动，从而产生热辐射。该机制表明，在宇宙学中均匀的快子凝聚可自然地产生粒子对与热涨落，为快子 inflation 之后提供一种新颖的再加热机制。

ABSTRACT

Hawking radiation can be derived from the collapsing process of matter to form a black hole. In this work, we show in more detail that the freely infalling process of a probe (D-)particle (or point-like object) in a non-extreme black hole background is essentially a tachyon condensation process. That is, a probe D-particle will behave as an unstable D-particle in the near-horizon region of a non-extreme black hole. From this point of view, Hawking radiation can be viewed as the thermal radiation from rolling tachyon on an unstable D-particle (i.e., the infalling probe) at the Hagedorn temperature. The result has interesting implications to tachyon cosmology: the uniform tachyon rolling in cosmology can automatically create particle pairs at late times, via a mechanism just like the Hawking radiation process near a black hole. So this particle creation process can naturally give rise to a hot universe with thermal perturbations beyond tachyon inflation, providing an alternative reheating mechanism.

研究动机与目标

• 建立在非极端黑洞附近D粒子动力学背景下，霍金辐射与快子凝聚之间的联系。
• 探讨探测D粒子在黑洞背景下的不稳定性如何通过快子滚动导致热辐射。
• 研究该机制的宇宙学意义，特别是其在快子膨胀后产生粒子对与热涨落的作用。

提出的方法

• 将探测D粒子在非极端黑洞中的下落过程建模为近视界区域的快子凝聚过程。
• 利用有效场论分析不稳定D粒子上的快子动力学，将滚动的快子识别为热辐射的来源。
• 将哈杰多恩温度识别为快子凝聚导致热辐射发射的关键能量尺度。
• 通过考虑时空中均匀的快子凝聚，将该机制推广至宇宙学背景。
• 推导宇宙学中快子凝聚过程的粒子产生率，其与黑洞附近的霍金辐射类似。
• 证明该过程自然产生具有热涨落的热宇宙，作为快子膨胀后的一种自洽再加热机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 探测D粒子在非极端黑洞中的下落如何与快子凝聚相关？
• RQ2 哈杰多恩温度在不稳定D粒子上快子滚动产生的热辐射过程中起什么作用？
• RQ3 黑洞附近的快子凝聚机制能否推广至宇宙学时空？
• RQ4 宇宙学中均匀的快子凝聚是否会导致类似于霍金辐射的自发粒子对产生？
• RQ5 该过程能否作为快子膨胀后传统再加热机制的可行替代方案？

主要发现

• 在非极端黑洞背景中自由下落的探测D粒子表现为不稳定D粒子，经历快子凝聚。
• 霍金辐射被解释为在哈杰多恩温度下，不稳定D粒子上快子凝聚过程中发射的热辐射。
• 宇宙学中的快子凝聚机制在晚期自然产生粒子对，其行为类似于霍金辐射过程。
• 该粒子产生过程导致一个具有热涨落的热宇宙，为快子膨胀后提供自洽的再加热机制。
• 该机制为早期宇宙宇宙学中的热化提供了一种新颖的、基于场论的解释，而无需依赖外部相互作用。