物理学家已经证明，黑洞和胶子的致密状态具有相似的特征

物理学家已经证明，黑洞和胶子的致密状态具有相似的特征。2023年3月29日，这篇标题为《QCD和引力中微粒子的经典化和单一化：CGC-黑洞对应》的论文发表在《物理评论D》上。

这篇论文的主题是引力和QCD之间的一个新的对应关系。引力是描述物质之间的吸引力的理论，而QCD是描述夸克之间的强相互作用的理论。夸克是构成质子、中子等强子的基本粒子，而胶子是传递夸克之间相互作用的粒子。引力和QCD都用量子场论来描述，也就是说，它们都用数学方程来描述粒子和场的行为。

这篇论文指出，引力和QCD中有一类特殊的状态，它们都由高占据率的粒子组成。高占据率意味着这些粒子非常密集地填充了空间，形成了一种凝聚态。在引力中，这种状态就是黑洞，它由大量的引力子组成。引力子是传递引力相互作用的粒子，它们也可以被看作是空间和时间的振动。在QCD中，这种状态就是色玻璃凝聚态（CGC），它由大量的胶子组成。色玻璃凝聚态可以在高能量的核碰撞中产生，它们也可以被看作是色场的振动。

这篇论文发现，黑洞和色玻璃凝聚态有很多相似之处。首先，它们都具有一个半硬尺度，这个尺度决定了它们内部的动力学。半硬尺度意味着这些系统既不是完全经典的，也不是完全量子的，而是介于两者之间。在黑洞中，这个尺度就是普朗克长度，它是量子引力效应变得重要的长度尺度。在色玻璃凝聚态中，这个尺度就是胶子屏蔽长度，它是胶子之间相互作用变得弱化的长度尺度。

其次，它们都具有一个单一化和经典化的性质。单一化意味着当两个粒子碰撞时，它们不仅会产生两个粒子，还会产生很多其他粒子。经典化意味着当粒子数目很大时，它们可以被描述为一个经典场。在黑洞中，当两个引力子碰撞时，它们会产生很多其他引力子，并形成一个经典的时空弯曲。在色玻璃凝聚态中，当两个胶子碰撞时，它们会产生很多其他胶子，并形成一个经典的色场。

最后，它们都具有一个最大熵的性质。熵是描述系统无序程度的物理量，它也可以被看作是系统所包含的信息量。最大熵意味着这些系统所包含的信息量是有限的，不能无限增加。这个信息量可以用一个面积来衡量，这个面积就是黑洞的视界面积或者色玻璃凝聚态的横截面积。这个面积还和一个Goldstone常数有关，这个常数是由引力子或胶子凝聚态自发破缺庞加莱对称性而产生的。庞加莱对称性是描述物理定律在不同的参考系下不变的对称性。在引力中，这个常数就是普朗克常数，它是量子引力理论中的基本常数。在QCD中，这个常数就是QCD标度，它是描述强相互作用强度随着能量变化的常数。

这篇文章还探讨了黑洞和色玻璃凝聚态在形成、热化和衰变方面的相似之处。黑洞可以由大量的引力子碰撞而形成，然后它会以一定的温度向外辐射粒子，这种辐射叫做霍金辐射。霍金辐射会导致黑洞失去质量和能量，最终蒸发掉。色玻璃凝聚态可以由高能量的核碰撞而形成，然后它会以一定的温度向外喷射粒子，这种喷射叫做胶子喷射。胶子喷射会导致色玻璃凝聚态失去能量和密度，最终转变为夸克-胶子等离子体。

这篇文章提出了一个引人入胜的想法，即引力和QCD之间存在着一个深刻的对应关系，它可以帮助我们理解两种理论中的一些重要现象。这种对应关系也可能为寻找统一描述所有基本相互作用的理论提供一些线索。