黑洞扰动量子场论及其对撞击：第一部分——一般框架

在经典时空上自由量子场的自然态为KMS态且具有非零温度，这一由Hawking首次指出的结论虽不包含物质对时空结构的反馈效应，却足以推导出可观测的黑洞蒸发现象。将Hawking计算纳入物质对几何反馈的改进，是量子引力的核心难题。由于目前尚无被广泛接受的广义相对论量子场论，准确推导反馈效应困难重重。一种直观思路是对固定质量的Schwarzschild黑洞进行扰动理论并对其量子化，但线性扰动之外的规范不变性难以实现。我们近期提出一种新方法，适用于具有近似对称性的情形（如宇宙学的齐次性、Schwarzschild的球对称性或Kerr的轴对称性）。该方法的核心思想是：首先构建完全规范不变可观测量的简化相空间哈密顿量，再直接以可观测量形式进行扰动理论。将可观测量的构建与扰动理论分离，使得可对其展开至任意阶次的扰动理论得以明确推进。本文第一篇论文针对球对称性及第二阶扰动（Einstein-Klein-Gordon-Maxwell理论）进行框架阐述与示例展示。后续论文将讨论更广泛的物质类型、对称性及更高阶次的推广。