Asymptotic Safety and Black Holes

یکی از چالش‌های باز در فیزیک بنیادی، ترکیب نظریه نسبیت عام اینشتین با اصول مکانیک کوانتومی است. در این پایان نامه، این سؤال مطرح می شود که آیا گرانش کوانتومی متریک می تواند در روح حدس ایمنی مجانبی منی استیون واینبرگ اساسی باشد، و اگر چنین است، چه پیامدهایی برای فیزیک سیاهچاله های کوچک احتمالاً به اندازه پلانک خواهد داشت؟ برای پرداختن به سوال اول، تکنیک‌های جدیدی ارائه شده‌اند که برای اولین بار امکان مطالعه خودسازگار اعمال چند جمله‌ای مرتبه بالا شامل حداکثر ۳۴ توان در اسکالر ریچی را فراهم می‌کند. سپس از این بینش‌های جدید برای توضیح اثرات گرانش کوانتومی در سیاه‌چاله‌ها، از جمله افق و ساختار علی، مقیاس‌بندی هم‌شکل، تبخیر، و ترمودینامیک فضا-زمان کوانتومی استفاده می‌شود. نتایج نشان‌دهنده محدودیت‌های بالای دمای سیاه‌چاله، و وجود سیاه‌چاله‌های کوچک بر اساس ایمنی مجانبی برای گرانش و استدلال‌های ترمودینامیکی است.

One of the open challenges in fundamental physics is to combine Einstein's theory of general relativity with the principles of quantum mechancis. In this thesis, the question is raised whether metric quantum gravity could be fundamental in the spirit of Steven Weinberg's seminal asymptotic safety conjecture, and if so, what are the consequences for the physics of small, possibly Planck-size black holes? To address the first question, new techniques are provided which allow, for the first time, a self-consistent study of high-order polynomial actions including up to 34 powers in the Ricci scalar. These novel insights are then exploited to explain quantum gravity effects in black holes, including their horizon and causal structure, conformal scaling, evaporation, and the thermodynamics of quantum space-time. Results indicate upper limits on black hole temperature, and the existence of small black holes based on asymptotic safety for gravity and thermodynamical arguments.