物理學家已經(jīng)證明，黑洞和膠子的致密狀態(tài)具有相似的特征。2023年3月29日，這篇標題為《QCD和引力中微粒子的經(jīng)典化和單一化：CGC-黑洞對應》的論文發(fā)表在《物理評論D》上。

這篇論文的主題是引力和QCD之間的一個新的對應關(guān)系。引力是描述物質(zhì)之間的吸引力的理論，而QCD是描述夸克之間的強相互作用的理論。夸克是構(gòu)成質(zhì)子、中子等強子的基本粒子，而膠子是傳遞夸克之間相互作用的粒子。引力和QCD都用量子場論來描述，也就是說，它們都用數(shù)學方程來描述粒子和場的行為。

這篇論文指出，引力和QCD中有一類特殊的狀態(tài)，它們都由高占據(jù)率的粒子組成。高占據(jù)率意味著這些粒子非常密集地填充了空間，形成了一種凝聚態(tài)。在引力中，這種狀態(tài)就是黑洞，它由大量的引力子組成。引力子是傳遞引力相互作用的粒子，它們也可以被看作是空間和時間的振動。在QCD中，這種狀態(tài)就是色玻璃凝聚態(tài)（CGC），它由大量的膠子組成。色玻璃凝聚態(tài)可以在高能量的核碰撞中產(chǎn)生，它們也可以被看作是色場的振動。

這篇論文發(fā)現(xiàn)，黑洞和色玻璃凝聚態(tài)有很多相似之處。首先，它們都具有一個半硬尺度，這個尺度決定了它們內(nèi)部的動力學。半硬尺度意味著這些系統(tǒng)既不是完全經(jīng)典的，也不是完全量子的，而是介于兩者之間。在黑洞中，這個尺度就是普朗克長度，它是量子引力效應變得重要的長度尺度。在色玻璃凝聚態(tài)中，這個尺度就是膠子屏蔽長度，它是膠子之間相互作用變得弱化的長度尺度。

其次，它們都具有一個單一化和經(jīng)典化的性質(zhì)。單一化意味著當兩個粒子碰撞時，它們不僅會產(chǎn)生兩個粒子，還會產(chǎn)生很多其他粒子。經(jīng)典化意味著當粒子數(shù)目很大時，它們可以被描述為一個經(jīng)典場。在黑洞中，當兩個引力子碰撞時，它們會產(chǎn)生很多其他引力子，并形成一個經(jīng)典的時空彎曲。在色玻璃凝聚態(tài)中，當兩個膠子碰撞時，它們會產(chǎn)生很多其他膠子，并形成一個經(jīng)典的色場。

最后，它們都具有一個最大熵的性質(zhì)。熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量，它也可以被看作是系統(tǒng)所包含的信息量。最大熵意味著這些系統(tǒng)所包含的信息量是有限的，不能無限增加。這個信息量可以用一個面積來衡量，這個面積就是黑洞的視界面積或者色玻璃凝聚態(tài)的橫截面積。這個面積還和一個Goldstone常數(shù)有關(guān)，這個常數(shù)是由引力子或膠子凝聚態(tài)自發(fā)破缺龐加萊對稱性而產(chǎn)生的。龐加萊對稱性是描述物理定律在不同的參考系下不變的對稱性。在引力中，這個常數(shù)就是普朗克常數(shù)，它是量子引力理論中的基本常數(shù)。在QCD中，這個常數(shù)就是QCD標度，它是描述強相互作用強度隨著能量變化的常數(shù)。

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這篇文章還探討了黑洞和色玻璃凝聚態(tài)在形成、熱化和衰變方面的相似之處。黑洞可以由大量的引力子碰撞而形成，然后它會以一定的溫度向外輻射粒子，這種輻射叫做霍金輻射。霍金輻射會導致黑洞失去質(zhì)量和能量，最終蒸發(fā)掉。色玻璃凝聚態(tài)可以由高能量的核碰撞而形成，然后它會以一定的溫度向外噴射粒子，這種噴射叫做膠子噴射。膠子噴射會導致色玻璃凝聚態(tài)失去能量和密度，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榭淇?膠子等離子體。

這篇文章提出了一個引人入勝的想法，即引力和QCD之間存在著一個深刻的對應關(guān)系，它可以幫助我們理解兩種理論中的一些重要現(xiàn)象。這種對應關(guān)系也可能為尋找統(tǒng)一描述所有基本相互作用的理論提供一些線索。