平直与黑洞时空中的旋转弹性弦环：稳定性、宇宙监督与 Penrose 过程
广义相对论与量子宇宙学
2023-10-12 v5
摘要
我们重新推导相对论弦（即内部能量仅依赖于拉伸的一维弹性体）的运动方程，并用其研究在平直和黑洞时空赤道面内旋转的圆形弦环。我们首先得到平衡条件，发现：（i）若弦的纵向声速不超过光速，则其在 Minkowski 时空中旋转时的半径总是大于静止时的半径；（ii）在 Minkowski 时空中，平衡态在低于某阈值的旋转速度下线性稳定，该阈值高于弦的纵向声速，而在高于该阈值的某些旋转速度下线性不稳定；（iii）在 Schwarzschild 时空中平衡态总是线性不稳定。此外，我们研究旋转弦环与 Kerr 黑洞的相互作用，即在弱宇宙监督猜想和 Penrose 过程背景下。我们发现：（i）满足零能条件的弹性弦环不能使极端黑洞过旋；（ii）满足主能量条件的弹性弦环不能提高通常粒子 Penrose 过程的最大效率；（iii）若违反主能量条件（而非弱能量条件），则效率可提高。最后这一结果暗示了一个有趣的可能性：主能量条件可能构成能量提取过程（例如包括超辐射）效率已知上限的基础。
引用
@article{arxiv.1712.05416,
title = {Rotating elastic string loops in flat and black hole spacetimes: stability, cosmic censorship and the Penrose process},
author = {Jose Natario and Leonel Queimada and Rodrigo Vicente},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.05416},
year = {2023}
}
备注
32 pages, 6 figures; v2: minor improvements; v3: small changes, matches final published version; v4: typos in the references fixed; v5: missing exponent added to Eq. (88)