[论文解读] Horizon avoidance in spherically-symmetric collapse

Valentina Baccetti, Robert B. Mann+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2017

Ocular and Laser Science Research被引用 10

一句话总结

本文研究了在量子修正度规下，球对称的薄尘壳与尘球的坍缩，表明由于预霍金辐射效应，史瓦西半径不会被穿越。对于满足温和正则性条件的一般度规类，视界在普朗克长度以下的距离被避开，意味着在这些模型中事件视界不会形成。

ABSTRACT

We study collapse of evaporating spherically-symmetric thin dust shells and dust balls assuming that quantum effects are encapsulated in a spherically-symmetric metric that satisfied mild regularity conditions. The evaporation may accelerate collapse, but for a generic metric the Schwarzschild radius is not crossed. Instead the shell (or the layer in the ball of dust) is always at a certain sub-Planckian distance from it.

研究动机与目标

• 研究当通过修正度规引入量子效应时，事件视界是否会在球对称坍缩中形成。
• 确定通过通用球对称度规建模的预霍金辐射是否能在有限固有时内阻止穿越史瓦西半径。
• 将分析从薄壳扩展到尘球，评估在更真实的坍缩情景中视界避免的鲁棒性。
• 评估视界避免的观测与概念性影响，特别是关于黑洞信息佯谬的问题。
• 探讨在量子修正度规的温和正则性条件下，无视界是否为普遍特征。

提出的方法

• 以向外传播的Vaidya度规为模板，建模预霍金辐射，表示通过蒸发导致的能量损失。
• 应用薄壳上的界面条件，利用诱导度规和外曲率不连续性，推导壳在固有时中的运动方程。
• 在壳内部引入一种修正度规，以包含量子反作用，其参数依赖于演化中的质量和辐射压强。
• 使用修正后的史瓦西类几何中尘层的测地线方程，分析径向运动及对史瓦西半径的避免。
• 从史瓦西半径出发推导出壳或尘层停止的临界距离 ε*，表明其为普朗克长度以下且在有限固有时内。
• 假设无壳交叉，并使用共动坐标追踪单个尘层，确保在量子修正下标签 χ 保持明确。

实验结果

研究问题

• RQ1 当通过通用且正则的度规引入量子效应时，球对称坍缩中是否会发生事件视界的形成？
• RQ2 通过修正度规建模的预霍金辐射是否能在有限固有时内阻止穿越史瓦西半径？
• RQ3 在量子修正度规的温和正则性条件下，视界避免是否对薄壳和尘球均为普遍特征？
• RQ4 视界避免的特征尺度是什么？它与普朗克尺度物理有何关联？
• RQ5 辐射压强的引入如何影响坍缩尘的运动？是否仍能阻止视界形成？

主要发现

• 对于满足温和正则性条件的通用球对称度规，坍缩的薄壳不会在有限固有时内穿越史瓦西半径。
• 壳在距离史瓦西半径有限且小于普朗克长度的距离 ε* 处停止，其中 ε* ∝ 1/(K(1−W)) × |dr_g/dT|，K 和 W 为与度规相关的函数。
• 该结果同样适用于尘球的坍缩：在有限固有时内，无尘层会穿越其对应的史瓦西半径。
• 对于薄壳，视界不会形成，尽管在相同条件下尘球仍存在形成视界的可能。
• 视界避免的典型尺度 ε* 对于宏观物体而言为超普朗克尺度，表明标准黑洞模型中经典几何与量子场论存在不相容性。
• 该模型在蒸发的最后阶段之前与经典坍缩在观测上不可区分，支持无视界黑洞替代模型的可行性。