Black Hole Evaporation

Abstract

The humankind perceives reality as the set of events of which are detectable by human senses. Although it is not possible to possess a full knowledge of everything, the human brain is capable of predicting the hidden constituents of the universe by performing algorithms on observations. Furthermore, the falsifiability of theoretical frameworks contributes to the flame of enthusiasm experienced by theorists. From this standpoint, this thesis focuses on the interconnection of gravitational phenomena and Planckian systems. The study examines the quantum nature of black holes, as well as the hypothetical astronomical objects commonly referred to as black branes or black strings within the context of Hawking radiation, which is the so-called black hole radiation. Since the background geometry is curved, it gives rise to an effective potential, which in turn results in a scattering process. Under this perspective, as an example, the linear stability of a (2 + 1)-dimensional Mandal-Sengupta-Wadia black hole is studied against small time-dependent perturbations. Subsequently, a (4 + 1)-dimensional dilatonic black string is considered and it is shown that there exists a resemblance between tachyonic particles and the fifth dimension, as the greybody factor evaluations only allowed for imaginary masses to be present. As the final step, a particular (3+1)-dimensional curved spacetime that might lead to experimental studies is considered: z = 2 Lifshitz-like black brane (which is also counted as a black hole) with hyperscaling violation. To analyze its radiation, we first tackle the problem with the tools of general relativity and derive its complete analytical blackbody radiation. Then, a particular holographic model is studied with the purpose of deriving its analytical dissipative properties: η ∝ T 3/2 , σDC ∝ T 3/2 , and ρDC ∝ T −3/2 which are the shear viscosity, the DC-conductivity, and the iii DC-resistivity, respectively. The aforementioned observables are achieved via the fluid/gravity correspondence, built upon the two-point correlation function GO+ (ω,0) = −iω= −iω r 4 + +ω 2

/3r+.The metric dynamic critical exponent is originally chosen as z = 2 in order for supporting superconducting fluctuations. However, this choice has also determined the characteristics of the dual model living on the three-dimensional boundary: a strongly-coupled, non-relativistic fluid exhibiting Lifshitz-like symmetry. Any possible confirmation of the theoretically-obtained dissipative parameters would act as a supplementary empirical evidence for the quantum properties of spacetime. Keywords: Hawking Radiation, Greybody Factor, Decay Rate, Absorption, Evaporation, Fluid/Gravity Correspondence, Hyperscaling Violation, Strongly-Coupled Fluid.

ÖZ:Insan beyni gerçekligi, duyularla tanımlanabilen olaylar zinciri olarak algılamaya ˘ egimlidir. Evrendeki her ¸seyi tam anlamıyla bilmek mümkün olmasa da insan beyni ˘ yapılan gözlemler ile algoritmalar olu¸sturarak, evrendeki gizli bile¸senleri tahmin etme yetenegine sahiptir. Bunun yanında, teorik temellerin yanlı¸slanabilirli ˘ gi, tüm teorik ˘ fizikçilerin deneyimlerinin ardındaki heyecana katkıda bulunmaktadır. Bu noktadan hareketle; bu tezde, kütleçekimsel etkile¸simler ile Planck sistemlerinin baglantılarına ˘ odaklanılmı¸stır. Bu çalı¸smada; kara delik, kara zar ve kara sicimlerin kuantum dogası, ˘ kara delik ı¸sınımı olarak da bilinen Hawking radyasyonu ba¸slıgı altında ele alınmı¸stır. ˘ Arka plan geometrisinin egrili ˘ ginden dolayı olu¸san etkin potansiyel sonucunda, ˘ saçılma olayları meydana gelmektedir. Bu bilgiler ı¸sıgında; örnek olarak, ˘ (2 + 1)-boyutlu Mandal-Sengupta-Wadia kara deliginin stabilitesi, zamana ba ˘ glı ˘ pertürbasyonlar aracılıgıyla incelenmi¸stir. Daha sonra, ˘ (4+1)-boyutlu dilatonik kara sicim ele alınarak, takyonik tanecikler ile olan ili¸skisi bulunmustur.Son olarak, gerçekçi (3 + 1)-boyutlu bir model olan ve deneysel çalı¸smalara da katkıda bulunabilecek yüksek ölçek ihlalli ve Lifshitz benzeri bir kara zar (aynı zamanda kara delik olarak da nitelendirilebilir) incelenmi¸stir. Öncelikle bu modelin radyasyonunu analiz edebilmek için genel görelilik prensipleri kullanılmı¸s ve kara cisim ı¸sıması ile ilgili parametrelerin tümü analitik olarak bulunmu¸stur. Daha sonra holografik modelin dagıtıcı özellikleri olan akı¸skanlık, DC-iletkenlik ve DC-direnç; ˘ η ∝ T 3/2 , σDC ∝ T 3/2 ve ρDC ∝ T −3/2 olarak bulunmu¸stur. Teorik yöntemlerle hesaplanan bu gözlemsel parametreler, iki-nokta korelasyon fonksiyonu GO+ (ω,0) =−iω( r 4 + +ω 2)/3r+.kullanılarak, akı¸skan/kütleçekimi ili¸skisi ile elde edilmi¸stir. Metrik dinamik kritik katsayısı, süperiletken etkile¸simleri ele almak için spesifik olarak z = 2 olarak seçilmistir. Ancak bu tercih aynı zamanda üç boyutlu sınırda var olan dual modelin karakteristik özelliklerini in¸sa etmi¸stir; ki bu sınırlar da kuvvetli baglı ve relativistik olmayan Lifshitz simetrisine sahip akı¸skanları ˘ içermektedir. Bu tezde teorik hesaplara dayanarak elde edilen parametereler gözlemlenildigi takdirde, uzay zamanın kuantum mekaniksel özelliklerinin de ˘ deneysel kanıtları desteklenmi¸s olacaktır. Anahtar Kelimeler: Hawking Radyasyonu, Gri Cisim Faktörü, Bozunma Katsayısı, Emilim, Buharla¸sma, Akı¸skan/Genelçekim ˙Iliskisi, Yüksek Ölçek ˙Ihlali, Kuvvetli Baglı Akıskan.