[論文レビュー] Black Holes in String Theory

Juan Maldacena|ArXiv.org|Jul 31, 1996

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 15被引用数 183

ひとこと要約

この論文は、D-brane状態の数え上げを通じて、ストリング理論におけるブラックホールの微視的量子記述を提供し、5次元および4次元の極端および近似的に極端なブラックホールに対して、Bekenstein-Hawkingのエントロピーを成功裏に再現した。D-braneの配置と弱い結合計算を用いて、エントロピーが退ingly な量子状態の数え上げに起因することを示し、ストリングのダイナミクスを通じてホーキング温度と放射率が確認され、ユニタリティを保つブラックホール蒸発を支持する。

ABSTRACT

This thesis is devoted to trying to find a microscopic quantum description of black holes. We consider black holes in string theory which is a quantum theory of gravity. We find that the ``area law'' black hole entropy for extremal and near-extremal charged black holes arises from counting microscopic configurations. We study black holes in five and four spacetime dimensions. We calculate the Hawking temperature and give a physical picture of the Hawking decay process. Hopefully, the reader will find here a moderately self contained review of D-branes and string theory applied to black hole physics.

研究の動機と目的

• ブラックホール情報パラドックスを解消するために、ブラックホール蒸発のユニタリな量子記述を構築すること。
• 極端および近似的に極端なブラックホールのBekenstein-Hawkingエントロピーに、微視的統計的起源を与えること。
• D-braneの配置が、エントロピーと温度を含むブラックホールの熱力学的性質を説明できることを示すこと。
• ストリング理論の非摂動的ソリトン（D-brane）が、摂動論を超えてブラックホールの自由度を完全に記述できることをテストすること。
• D-braneフレームワークが、ブラックホール幾何に依存するホーキング放射プロセスを正しく捉えられることを探索すること。

提案手法

• 5次元および4次元の電荷を帯びたブラックホールをモデル化するために、ストリング理論における非摂動的ソリトンとしてのD-braneの使用。
• U-dualityを用いて、異なるブレーン配置を関連付け、固定された質量および電荷を持つブラックホール解に写像すること。
• BPS状態に達したD-brane系の縮退した量子基底状態の数え上げにより、弱い結合領域でのエントロピーを計算すること。
• D-brane状態の数え上げによるエントロピーと、古典的Bekenstein-Hawkingの面積則との比較により、一致を確認すること。
• ホーキング放射を、D-brane上での開ストリングの崩壊が閉じたストリングに変わる過程としてモデル化し、放射率がブラックホールの事象の地平線面積に比例することを示すこと。
• 有効ストリング理論と開ストリングのダイナミクスを用いて、ホーキング温度と放射スペクトルを計算し、古典的結果と一致させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極端および近似的に極端なブラックホールのBekenstein-Hawkingエントロピーは、ストリング理論におけるD-brane状態の数え上げによって微視的に説明可能か？
• RQ2 D-braneによるブラックホール記述は、正しいホーキング温度と放射率を再現するか？
• RQ3 6次元トーラスに compactified された N=8 スーパーグラビティにおけるブラックホールのエントロピーは、D-braneおよびD-brane-反branes 状態の縮重度とどのように関係するか？
• RQ4 D-braneは、ブラックホール熱力学を記述するために必要なすべての非摂動的自由度をどの程度カバーしているか？
• RQ5 D-braneフレームワークは、ブラックホール形成および蒸発のユニタリな量子力学的ダイナミクスを記述できるか？

主な発見

• 5次元および4次元の極端および近似的に極端なブラックホールのエントロピーは、弱い結合限界におけるD-braneおよびD-brane-反branes 状態の縮重度の数え上げによって、成功裏に再現された。
• D-brane状態の数え上げにより得られたエントロピーは、古典的Bekenstein-Hawkingの面積則と一致し、ブラックホールエントロピーの統計的起源を確認した。
• D-braneダイナミクスから導かれたホーキング温度は、古典的結果と正確に一致し、熱力学的図式の妥当性を裏付けた。
• ホーキング放射は、D-brane上での開ストリングの崩壊が閉じたストリングに変わる過程として記述され、放射率はブラックホールの事象の地平線面積に比例することが示された。
• 放射モードの吸収断面積は面積に比例することが判明し、D-braneモデルが幾何的情報を符号化していることを示した。
• 極端ブラックホールの励起状態のエネルギー間隔は、古典的記述とD-brane記述の両方で一致し、スケールを越えた一貫性を支持した。