弦理论解决了粒子在黑洞光子球之外的行为之谜

图1,一个艺术家的印象，一根“弦”通过黑洞附近。

当弦接近黑洞时，它会逐渐被拉伸。然后，当它经过黑洞时，就开始振动。

左边的图像是由视界望远镜捕捉到的，它代表了M87星系中心的特大质量黑洞的阴影，包括它周围的光环。

来源于: EHT合作组织; 维利宇宙物理与数学研究所

  在点粒子的量子理论中，一个基本量是相关函数，它测量粒子从一点传播到另一点的概率。当两个点被类光轨迹连接时，相关函数产生奇点。但在平坦的时空里，有这样一种独特的轨迹，当时空弯曲时，会有许多类光的轨迹连接两点。这是引力透镜效应的结果，它描述了几何弯曲对光传播的影响。

  在这种黑洞时空的情况下，有类似光的轨迹缠绕在黑洞周围几次，导致了一个黑洞光子球，正如最近由 the Event Horizon Telescope (EHT)在M87星系中心的超大质量黑洞看到的图像。

  EHT合作组织于2019年4月10日发布的照片捕捉到了黑洞及其光子球的阴影，光子球是环绕黑洞的光圈。光子球可以发生在黑洞的一个区域，在那里，从水平方向进入的光可以被重力强迫在不同的轨道上运行。这些轨道导致了前述相关函数中的奇点。

  然而，在某些情况下，由绕着黑洞多次旋转的轨迹所产生的奇点与物理预期相矛盾。Dodelson和Ooguri已经证明了这种奇点在弦理论中是可以解决的。

  在弦理论中，每个粒子都被认为是弦的一个特殊激发态。当粒子绕着黑洞沿类光的轨迹运动时，时空弯曲会导致潮汐效应，从而拉伸弦。

  Dodelson和Ooguri的研究表明，如果考虑到这些影响，奇点的消失与物理预期一致。他们的结果提供了证据，证明一致的量子引力必须包含像弦这样的扩展对象作为其自由度。

  Ooguri说:“我们的结果显示了弦理论效应是如何在黑洞附近增强的。尽管我们发现的影响还不足以对ETH的黑洞图像做一个明确的推论，但进一步的研究可能会为我们提供一种使用黑洞来测试弦理论的方法。”