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在Seiberg-Witten提出非对易的弦论背景之后,人们尝试了在各种不同的非对易时空上构造物理理论。在星乘积、Seiberg-Witten映射以及坐标相干态方法的帮助下,我们可以将普通时空中的物理理论推广至非对易时空。文章中我们对这些表示非对易效应的方法做了一一介绍。对非对易时空与引力的分析表明,时空非对易性只要存在就必然会影响到引力及相关理论。这种影响可以是直接的,也可以是间接的。按照影响方式的不同,我们分为两个部分来介绍时空非对易性影响下的引力理论。
非对易修改引力是一种直接的影响。在第三章,我们将Einstein引力推广到了具有辛结构的非对易时空。在普通时空中,经典Einstein引力可以通过在U(2,2)规范理论中引入约束条件将对称群破缺重新得到。由于在非对易时空中构造规范理论相对容易一些,这启发我们可以采用如下方案:我们首先在非对易时空中构造U(2,2)规范理论,然后在Seiberg-Witten映射的帮助下,选择约束条件将规范群破缺,最终得到非对易修改引力。在各种非对易时空中,具有辛结构的非对易时空是一种很一般的情形,其非对易参数是满足某些条件的坐标任意光滑函数。我们得到的非对易修改引力具有不同于其它非对易时空修改引力的性质,比如与正则非对易修改引力相比,一阶非对易修正不平庸。如果非对易参数取常数,我们得到的非对易修改引力能够退回到正则非对易情形。同时,在非对易参数趋于零的极限下,非对易修正项消失。这表明经典Einstein引力是非对易修改引力的经典极限。
关于非对易时空的另一种观念是时空非对易性只影响除引力之外的其他所有相互作用。在这个猜想下,Einstein方程左侧的几何部分不变,非对易仅仅修改了Einstein方程右侧的物质部分。这就是时空非对易性影响引力的间接方式。表达非对易的坐标相干态方法得出结论,时空中点粒子的质量和电荷都弥散开来,不再集中于一个点上。将这个结论代入Einstein方程,我们可以求得非对易诱导的黑洞解。非对易诱导黑洞有很多不同于普通时空中黑洞的性质,比如本性奇点、视界以及热力学性质。我们想要利用量子隧穿方法来讨论这类黑洞的热力学性质。为此,在本文第五章我们详细介绍了几种黑洞量子隧穿方法,包括Parikh-Wilczek方法、推广的Parikh-Wilczek方法、Hamilton-Jacobi方法以及重新构造的Hamilton-Jacobi方法。在推广Parikh-Wilczek方法的时候,我们发现一些有趣的性质,即黑洞Hawking温度不仅依赖自身电荷,同时也依赖隧穿粒子的电荷。黑洞更倾向于辐射出与自身电荷相反的带电粒子,从而在辐射过程黑洞所带电荷增大。在第六章,我们选取了两种不同的量子隧穿方法分别讨论了两类非对易诱导黑洞一非对易诱导的Schwarzschild黑洞和非对易诱导的Kerr黑洞,得到在时空非对易性影响下的Hawking温度以及关于黑洞熵的性质。