超辐射——2020 版

超辐射是一种涉及耗散系统的辐射增强过程。拥有 60 年的历史，超辐射在光学、量子力学，尤其是相对论和天体物理学中发挥了重要作用。在广义相对论中，黑洞超辐射由能层 (ergoregion) 允许，即使在经典层面也能从真空中提取能量、电荷和角动量。时空的稳定性由事件视界强制执行，负能态在此处被耗散。黑洞超辐射与黑洞面积定理、彭罗斯过程、潮汐力甚至霍金辐射密切相关，后者可被解释为黑洞超辐射的量子版本。各种机制（如大质量场、磁场、反德西特边界、非线性相互作用等）可以限制被放大的辐射并引发强不稳定性。这些“黑洞炸弹”在暗物质搜寻和超出标准模型的物理研究中具有应用，与新黑洞解形成的阈值相关（这些解规避了无毛定理），可通过设计引力模拟模型在实验室中研究，甚至可能通过规范 - 引力对偶提供自发对称性破缺和超流性的全息描述。本文旨在提供这一多层面议题的统一图景。我们关注该领域的最新进展，并推导出一系列新颖的示例和应用，范围涵盖基础物理到天体物理。