强引力透镜效应与黑洞暗物质暗能量相关研究

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1、ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ博士学位论文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＯＮＩＳＳＥＲＴＡＴ＇ｖ；！ｐｆｆｉ＇＇－ｖ－ｒ：：：：；＼１：．：论文题目强引力透镜效应与黑洞暗物质暗能量相关研究学科专业凝聚态物理学学号２０１２１０４０３０１作者姓名李国平指导教师祖小涛教授分类号密级注1UDC学位论文强引力透镜效应与黑洞暗物质暗能量相关研究（题名和副题名）李国平（作者姓名）指导教师

2、祖小涛教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业凝聚态物理提交论文日期2017年9月论文答辩日期2017年12月2日学位授予单位和日期电子科技大学2018年1月26日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchesonStrongGravitationalLensing、BlackHole、DarkMatter、DarkEnergyandRelatedProblemsADoctorDissertationSubmittedtoUniver

3、sityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CondensedMatterPhysicsAuthor:LiGuoPingAdvisor:Prof.ZuXiaoTaoSchool:SchoolofElectronicEngineering摘要摘要黑洞、暗物质、暗能量、引力透镜效应及量子引力理论的研究都是当今天文学、天体物理学和理论物理的前沿热点课题。量子引力，一种为了使得广义相对论与量子机制相结合而产生的理论，它预言关于时空的基本描述在一个极短尺

4、度上将不再基于经典光滑几何概念而是基于量子化图景，其中这个极短尺度称之为“最小可观测距离”。目前，人们普遍认为最小可观测尺度就应当在普朗克尺度附近。迄今为止，人们仍然无法在理论上找到或者确定某一完备的量子引力理论来作为量子化引力的终极理论。鉴于此，人们将注意力转移到量子引力的有效理论模型研究方面，其中较为著名的模型有：(a)、洛伦兹不变性违反（LorentzInvarianceViolation，LIV）；(b)、广义不确定性原理（GeneralizedUncertaintyPrinciple，G

5、UP）。当然，修正的色散关系（ModifiedDispersionRelation，MDR）是洛伦兹不变性违反的一种最简单的运动学框架，且它也可由双狭义相对论（DoubleSpecialRelativity，DSR）给出。因此，通过洛伦兹不变性违反-色散关系（LIV-DR）讨论量子引力在黑洞中的相关影响是一项具有重要意义的工作。基于引力透镜理论，黑洞热力学演化与量子引力有效理论，本文的主要研究内容如下，1.基于强场极限法，我们首次对一类Einstein-Proca理论下的黑洞与一类Brane-Wo

6、rld黑洞的强引力透镜效应进行了研究，并获得了黑洞的强场极限系数与偏转角。研究显示，A、Einstein-Proca理论下引力透镜的偏转角仍以对数的形式发散，这就极大地推广了用于讨论强引力透镜效应的强场极限法；B、暗物质增强了引力场强度，并导致了光球半径、最小碰撞参数、强场极限系数与偏转角的相应升高。显然，宇宙中的强引力透镜效应可作为一种间接探测暗物质的方式。2.研究显示，A、对于不同自旋粒子，我们发现用以描述粒子运动的动力学方程最终都可以通过Hamilton-Jacobi方程来描述，这意味着Ha

7、milton-Jacobi方程是弯曲时空中的一个基本的半经典方程。B、基于Hamilton-Jacobi方程，我们讨论了一类带暗物质的稳态黑洞的量子隧穿辐射。C、基于Hamilton-Jacobi方程，我们讨论了作任意直线加速运动的Kinnersly黑洞的量子隧穿辐射。结果显示，Hamilton-Jacobi方程更有利于人们研究黑洞的量子隧穿行为，比如费米子隧穿辐射，人们发现由于不再需要构建复杂的伽马矩阵进行复杂运算，这就大大地减少了工作量，这更有利于人们展开深入的创新性研究。3.利用黑洞视界振荡

8、速度，本文讨论了Einstein引力、Einstein-Gauss-Bonnet（EGB）引力与Hořava-Lifshitz（HL）引力下黑洞中的熵谱与面积谱。A、不同坐I摘要标系下我们首先证明了绝热不变量Iadiapidqi的最终形式是相同的，这意味着绝热不变量Ipdq是一个协变量。B、不同引力框架下，我们发现黑洞熵谱adiaii具有相同形式，但在EGB引力与HL引力体系下，黑洞面积谱俨然已经不是均匀量子化的。C、最后，我们还证明了黑洞熵是一个作用量变量，黑洞视界面