[論文レビュー] Complementarity, not Firewalls

Daniel Harlow|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 21被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、特異的である量子力学の整合性—特に、降下観測者と外部観測者の両方における—が、ブラックホールの事象の地平線でファイアウォールを必要とせずに維持可能であると主張している。低エネルギー有効場理論を用いた誤った観測者間の翻訳を避けることで、著者は、降下観測者が地平線を無事に通過できることを示し、ユニタリティを保ち、情報の損失や有効場理論の破綻を回避している。

ABSTRACT

In this note I argue that a version of complementarity is possible which evades the need for the "firewalls" recently proposed by Almheiri, Marolf, Polchinski, and Sully to burn up observers falling into black hole horizons. In particular I claim that it is consistent for an infalling observer to fall through an "old" black hole horizon without burning up, without this observer or any other seeing information loss or a violation of low energy effective field theory in an unexpected place. The reason that AMPS find the opposite conclusion is because they attempt to use low energy physics to translate between the quantum mechanics of different observers rather than to describe the experiments of only a single observer; I argue that this translation is polluted by short-distance physics related to stretched horizons.

研究の動機と目的

• ファイアウォールの必要性を疑問視することで、ブラックホール物理学におけるファイアウォールのパラドックスを解消すること。
• AMPSの議論がファイアウォールの結論に至る理由を特定すること。
• 低エネルギー有効場理論に反せず、情報の損失を引き起こさずに補完性を維持できることを示すこと。
• 観測者依存の量子記述を、低エネルギー物理学を用いて観測者間で翻訳してはならないことの明確化。

提案手法

• ファイアウォールに至る原因となる仮定を特定するため、AMPSの思考実験を分析すること。
• AMPSの議論が、低エネルギー有効場理論を用いて降下観測者と外部観測者の間で量子状態を翻訳していることに注目すること。
• 地盤の伸びた地平線付近の短距離物理が関与するため、このような観測者間の翻訳が不適切であると主張すること。
• 観測者間の比較ではなく、単一の観測者の量子力学に焦点を当てる問題の再定式化。
• 補完性の原則を用いて、異なる参照系における量子力学の整合性を保つこと。
• 観測者間の翻訳を避ければ、有効場理論の破綻や情報の損失が生じないことを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地平線でファイアウォールを必要とせずに、ブラックホールの補完性を維持できるか？
• RQ2 AMPSの議論はなぜ誤って、ファイアウォールの必要性を結論づけてしまうのか？
• RQ3 低エネルギー有効場理論は、ブラックホールの地平線付近における観測者依存の量子力学を記述する上で果たす役割は何か？
• RQ4 伸びた地平線付近の短距離物理は、量子重力における観測者間の翻訳にどのように影響を与えるか？
• RQ5 降下観測者が高エネルギー効果を感じることなく地平線を通過することは、一貫性があるか？

主な発見

• AMPSの議論は、降下観測者と外部観測者の間で低エネルギー有効場理論を誤って用いることによって失敗している。
• このような観測者間の翻訳は、伸びた地平線付近の短距離物理に汚染されており、無効である。
• 降下観測者は、古いブラックホールの地平線を、有効場理論と整合的に、燃え尽きることなく通過できる。
• 降下観測者のフレームでは、情報の損失や低エネルギー物理学の破綻が生じない。
• 観測者依存の記述を単純に比較しない限り、補完性はファイアウォールなしで成立する。
• 本論文は、ファイアウォールの結論が物理的不整合から生じるのではなく、量子状態の翻訳における方法論的誤りから生じることを確立している。