[論文レビュー] Comment on the black hole firewall

Sabine Hossenfelder|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 11被引用数 25

ひとこと要約

この論文は、AMPSの火炎壁仮説に対する挑戦を提示し、初期のホーキング放射と後期の放射との間のエンタングルメントという重要な仮定に注目する。著者は、このエンタングルメントが成立しない場合、火炎壁の結論が崩壊することを主張し、その結果、等価原理に反しないままブラックホール補完性が維持され得ると示唆する。主な貢献は、初期と後期の放射がエンタングルされていない場合に、補完性が保たれる火炎壁仮説における抜け穴を浮き彫りにしたことにある。

ABSTRACT

Recently, it has been argued that black hole complementarity is inconsistent by showing that, for an infalling observer, it would lead to the existence of a firewall near the black hole horizon, thereby violating the equivalence principle. If true, this would necessitate to give up on at least one of the postulates of black hole complementarity. In this comment I want to address an additional assumption that went into the conclusion, that the early outgoing Hawking radiation is entangled with the late radiation.

研究の動機と目的

• AMPSの火炎壁仮説における隠れた仮定を特定・検証すること、特に初期と後期のホーキング放射のエンタングルメントに焦点を当てる。
• このエンタングルメント仮定を緩和した場合、AMPSが主張するブラックホール補完性と等価原理の不一致が依然として成立するかを評価すること。
• ホーキング放射近辺の半古典的重力理論の妥当性と、情報保存のメカニズムに与える影響を検討すること。
• 情報が放射に符号化されている場合でも、ホーキング付近の局所的真空状態が標準的真空と区別できない状態を維持できるかを検討すること。

提案手法

• 後期のホーキングモードを近ホーキング領域に遡及することで、等価原理に反する高エネルギー励起状態が生じることを示すAMPSの議論を分析する。
• 単一の後期モードに対して射影演算子を構成するプロセスが、初期と後期の放射がエンタングルされているという仮定に依存していることを特定する。
• 初期と後期の放射がエンタングルされていない場合、射影による高エネルギーモードの生成が成立せず、火炎壁も生じないことを示す。
• ブラックホール補完性の公理（P1–P4）を用いて、エンタングルメント構造に関する代替仮定のもとでの整合性を検討する。
• ホーキング付近の局所的デジェネレート真空状態が、局所的エネルギー特徴なしに情報を符号化できる可能性を検討する。
• 局所的有効場理論の役割を評価し、強い曲率領域における理論の破綻が、情報の脱出メカニズムとしての代替的役割を果たす可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AMPSの火炎壁仮説は、初期ホーキング放射と後期放射とのエンタングルメントという仮定に依存しているか？
• RQ2 初期と後期の放射がエンタングルされていない場合、火炎壁仮説はどのように変化するか？
• RQ3 エンタングルメント仮定を放棄した場合でも、ブラックホール補完性は等価原理と整合的であるか？
• RQ4 情報が放射に符号化されていても、ホーキング付近の局所的真空構造が破壊されない方法は何か？
• RQ5 情報がプランク的段階まで保持されない場合、ブラックホールエントロピーの統計的解釈にどのような影響が生じるか？

主な発見

• AMPSの火炎壁仮説は、初期ホーキング放射と後期放射とのエンタングルメントという仮定に強く依存しており、これはブラックホール補完性の公理からは導かれない。
• 初期と後期の放射がエンタングルされていない場合、射影による高エネルギーモードの構成が失敗し、火炎壁は発生せず、等価原理が保たれる。
• エンタングルメント構造が変更された場合、ホーキング付近の真空状態は、情報が符号化されていても局所的には標準的真空と区別できないまま維持可能である。
• 局所的真空は、シュバルツシルト半径よりも大きなスケールで異なる状態を許容するように、ある種のデジェネレート性を示さなければならない。
• 初期と後期の放射にエンタングルメントがない場合、放射は混合状態ではなく純粋状態の系列となり、AMPSのエントロピー加法性違反を回避する。
• 局所的有効場理論の破綻は、情報の脱出に依然として必要であるが、近ホーキング領域よりも強い曲率領域でより現実的であると考えられる。