[论文解读] Massless black holes and charged wormholes in string theory

Prieslei Goulart|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2016

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文在弦理论中利用爱因斯坦-麦克斯韦-标量（EMD）框架构建了无质量点状黑洞和静态可穿越带电虫洞。通过微调dyonic黑洞解中的积分常数，推导出具有真实物理可观测量的无质量非极值黑洞，以及满足能量条件且无需奇异物质的带电虫洞，从而提出了一类与成对无质量黑洞不同的新解。

ABSTRACT

We discuss the zero mass pointlike solutions and charged Einstein-Rosen bridges (wormholes) that arise from the dyonic black hole solution of the Einstein-Maxwell-dilaton theory. These massless black holes exist individually in spacetime, different from the known massless solutions, which come in pairs with opposite signs for their masses. In order to construct a massless object, we choose the integration constants of the solution to have specific values. The massless solutions present some problems: in one case the dilaton field is complex (or the gauge field has negative kinetic energy), and in the other case the solution has negative entropy and temperature or it is naked singularity in the extremal limit. For the first case, the observables computed are real quantities. This massless solution also allow the bridge construction, and we obtain an analytical and static charged wormhole solution, which satisfies the null energy condition.

研究动机与目标

• 探索在弦理论中是否存在作为独立解的无质量黑洞，而非具有相反质量的成对解。
• 通过选择特定积分常数，解决无质量解中负能量或复数场的问题。
• 从无质量黑洞解出发，构建一个满足能量条件的静态、可穿越带电虫洞。
• 分析尽管标量场为复数或规范场具有负动能，此类解是否仍具有物理可接受性。
• 研究EMD理论中无质量黑洞与虫洞的可穿越性与稳定性影响。

提出的方法

• 通过设定特定积分常数，推导出EMD理论中dyonic黑洞解，使ADM质量为零。
• 应用坐标变换揭示桥状结构，将解识别为带电爱因斯坦-罗森虫洞。
• 计算能量-动量张量分量（ρ, τ, p），在静态观测者参考系中评估能量条件。
• 评估NEC条件 ρ(r) - τ(r) ≥ 0，并证明其在虫洞解中成立，尤其在临界点 Σ = 0 处。
• 分析物理可观测量——质量、电荷、磁荷、熵、温度、标量荷——确认其为实数，尽管在某些情况下标量场为复数或规范场具有负动能。
• 利用高斯法向坐标系中的度规与场方程，验证虫洞解的静态、球对称性质。

实验结果

研究问题

• RQ1 在EMD理论中，无质量黑洞是否可以作为独立解存在，而非成对出现且质量相反？
• RQ2 尽管标量场在无穷远处为复数或规范场具有负动能，是否存在具有真实物理可观测量的无质量非极值黑洞解？
• RQ3 能否从此类无质量黑洞解中构建一个静态带电虫洞，使其满足能量条件且无需奇异物质？
• RQ4 标量场与积分常数在实现零ADM质量与物理一致性方面起什么作用？
• RQ5 所得到的虫洞是否可穿越？在极值极限下是否避免奇点或裸奇点？

主要发现

• 本文通过设定特定积分常数值，构造出ADM质量为零的无质量非极值黑洞解，与成对解不同。
• 物理可观测量——质量、电荷、磁荷、熵、温度与标量荷——全部为实数，尽管标量场在无穷远处为复数，或规范场具有负动能。
• 从无质量黑洞解中推导出一个静态带电虫洞解，满足能量条件且无需奇异物质。
• 通过表达式 ρ(r) - τ(r) = (d₀ - d₁)²(r² - r₀²) / [2(d₀ + r)³(d₁ + r)³] 验证了NEC，该表达式对所构造解为非负。
• 在临界点 Σ = 0 处，NEC边界被饱和，表明能量条件处于临界满足状态。
• 该解在极值极限下避免了裸奇点，提出了一类在EMD理论中此前未知的无质量点状物体新类别。