[論文レビュー] Black Hole Information Revisited

Andrew Strominger|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2017

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ブラックホール蒸発が、ハード・ホーキング量子と相関する無限個のソフト重力子を生成すると提案している。これらの相関は、スーパー並進およびスーパー回転保存則によって強制され、量子純粋性を回復させ、全最終状態をユニタリに保つ。4次元純粋重力理論では、ソフトモードをトレースアウトするとハード放射が完全にデコherenceし、観測された熱的スペクトルを説明しながらもユニタリティを保つ。

ABSTRACT

We argue that four-dimensional black hole evaporation inevitably produces an infinite number of soft particles in addition to the thermally distributed `hard' Hawking quanta, and moreover that the soft and hard particles are highly correlated. This raises the possibility that quantum purity is restored by correlations between the hard and soft radiation, while inclusive measurements which omit the soft radiation observe the thermal Hawking spectrum. In theories whose only stable particle is the graviton, conservation laws are used to argue that such correlations are in principle sufficient for the soft gravitons to purify the hard thermal ones.

研究の動機と目的

• ソフト重力子が早期・後期相関ではなく、量子純粋性を回復させるメカニズムを提案すること。
• ソフト放射を無視した包括的測定が熱的ホーキングスペクトルを再現する一方で、全過程はユニタリであることを示すこと。
• 純粋4次元重力理論において、スーパー並進およびスーパー回転保存則がハード状態とソフト状態の間の相関を強制し、ソフトモードをトレースアウトすることでハード放射が完全にデコherenceすることを示すこと。

提案手法

• S行列状態 |Ψ_out⟩ = ∑α cα |Hα⟩|Sα⟩ を提案し、|Hα⟩ はハード・ホーキング放射、|Sα⟩ はIR有限性を保証するソフト重力子クラウドである。
• ファデエフ＝クリリッヒ型のドレスティングを用い、ハード粒子にソフト極を付加することでS行列要素のIR発散をキャンセルする。
• スーパー並進およびスーパー回転電荷を用いてソフト状態を制約し、ソフトクラウドがハード状態のスピンおよび運動量に依存することを示す。
• ハード状態およびソフト状態に作用する保存電荷 Q⁺_H および Q⁺_S を導出し、それぞれが逆符号の固有値を持つことにより相関が強制されることを示す。
• 下位項ソフト重力子定理と、保存則を通じたソフトおよびハード放出の相関が果たす役割を分析する。
• 純粋4次元重力理論において、ソフト状態がハード状態によって一意に決定されることを示し、ソフトモードをトレースアウトすることで完全なデコherenceが生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール蒸発におけるソフト重力子の相関が、ハード放射が熱的であるように見えても、量子純粋性を回復させ得るか？
• RQ2 スーパー並進およびスーパー回転保存則が、ハード・ホーキング量子と伴うソフト重力子クラウドをどのように制約するか？
• RQ3 ユニタリティを保つにもかかわらず、ソフトモードをトレースアウトするとなぜ熱的ホーキングスペクトルが再現されるのか？
• RQ4 純粋4次元重力理論において、ソフト状態がハード放射を完全にデコherenceさせ得るか？これは観測スペクトルと整合する必要がある。
• RQ5 IR発散およびソフト定理は、ブラックホール蒸発におけるユニタリティを保証するために果たす役割は何か？

主な発見

• 全S行列状態はユニタリであり、ハードモードとソフトモードの間でエンタングルされており、保存則を通じてソフト状態とハード状態が相関している。
• 純粋4次元重力理論において、ソフト重力子クラウドはハード状態のスピンおよび運動量によって一意に決定され、ソフトモードをトレースアウトすることで完全なデコherenceが生じる。
• ソフト状態はハード状態と逆符号のスーパー並進およびスーパー回転電荷を有しており、保存電荷を通じて相関が強制される。
• ホーキングの元々の計算におけるIR発散は、ハード状態にソフト重力子をドレスティングすることで解消され、S行列が有限になる。
• ソフト放射を無視した包括的断面積は、観測と整合する熱的ホーキングスペクトルを再現する。
• 本分析は、任意の散乱過程においてソフトモードを無視できないことを示唆しており、それらを除外するとユニタリティが破れる。