《彎曲時空量子效應與開放量子系統理論》是依託寧波大學，由余洪偉擔任負責人的國家自然科學基金資助面上項目。
基本介紹
- 中文名：彎曲時空量子效應與開放量子系統理論
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：余洪偉
- 項目類別：面上項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
本項目擬利用開放量子系統的理論框架，研究彎曲時空中的量子現象，如黑洞的Hawking輻射，變化引力場中粒子的產生，De Sitter 時空中Gibbons－Hawking熱效應等等，以期為從開放量子系統理論（特別是從耗散和量子退相干影響）的角度深入理解這些量子效應的起源和內涵提供一個新的嘗試和有益探索，特別是考慮到開放量子系統理論在量子信息研究中的作用，我們希望本項目的研究還能為深刻理解黑洞的Hawking輻射及由此產生的黑洞信息佯謬問題提供具有重要參考價值的結果。
結題摘要
本項目利用開放量子系統方法對黑洞外部和de Sitter時空中原子的動力學演化，量子糾纏，幾何相等量子效應進行了系統研究，並取得了如下有科學意義的結果：1. 發現Gibbons-Hawking效應可以看成開放量子系統中涉及退相干與耗散的熱化現象，給出了Gibbons-Hawking效應的一種新的理論推導，在兩個重要的看似彼此獨立的研究領域建立了有趣的聯繫，為利用開放量子系統理論研究其它彎曲時空量子效應和量子引力效應提供了成功的範例。 2. 研究了黑洞外部基本量子系統（兩能級原子）的動力學，發現該量子系統會熱化到溫度處於零和黑洞霍金溫度之間的穩定態，特別是熱化溫度依賴於量子系統的躍遷頻率，因此具有不同躍遷頻率的量子系統會熱化到不同溫度的態， 結果表明黑洞外部基本量子系統的行為和穩態非熱平衡介質外部兩能級原子的行為類似。這一研究指出了利用超材料和超導量子線路構成類比系統在實驗室中檢驗黑洞霍金輻射的可能性。 3. 研究了加速原子的幾何相和Unruh效應，發現由於加速度導致的相位變化原則上可以通過加速原子和慣性原子之間的原子干涉實驗觀測到，這為實驗檢驗Unruh效應提供了新途徑。研究了黑洞外部靜態原子的幾何相，為理解和研究黑洞的Hawking輻射提供了一個全新的角度。 4. 在量子開系統理論框架中，研究了de Sitter時空中量子糾纏的產生，發現該時空中靜態原子量子糾纏的產生表現出與平直時空熱庫中靜態原子不同的特性，因此原則上，人們通過檢查兩個初始處於可分離態原子的量子糾纏的產生來判斷自己是身處 de Sitter 時空還是熱庫。 5. 研究了黑洞外部電磁場的量子化，定義了電磁Hartle-Hawking真空，Unruh真空和Boulware真空，並在此基礎上研究了原子的自發激發現象。推廣了DDC方法使之能用於自旋為1/2的場和非線性耦合情況。 6. 距離對偶(DD)關係（發光距離和角直徑距離之間的對偶關係）是宇宙學和天文學中一個非常重要的關係。它是建立在光子沿短程線運動和光子數守恆這兩個基本假設基礎之上。我們採用一種模型無關的方法，直接利用發光距離和角直徑距離的觀測數據檢驗了DD關係，發現這一關係在68%的置信區間和觀測吻合。
