[論文レビュー] Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes

S. W. Hawking|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2014

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 8被引用数 133

ひとこと要約

この論文は、ブラックホールにイベントホライズンがなく、代わりに一時的な顕在ホライズンが形成されることを提案し、AdS-CFT双対性とCPT不変性を用いて、気象予測に類似した混沌とした力学によってユニタリティを保ちながら情報パラドックスを解消する。情報は失われないが、火竜や残渣ではなく、混沌とした性質ゆえに実効的にアクセス不能となる。

ABSTRACT

It has been suggested [1] that the resolution of the information paradox for evaporating black holes is that the holes are surrounded by firewalls, bolts of outgoing radiation that would destroy any infalling observer. Such firewalls would break the CPT invariance of quantum gravity and seem to be ruled out on other grounds. A different resolution of the paradox is proposed, namely that gravitational collapse produces apparent horizons but no event horizons behind which information is lost. This proposal is supported by ADS-CFT and is the only resolution of the paradox compatible with CPT. The collapse to form a black hole will in general be chaotic and the dual CFT on the boundary of ADS will be turbulent. Thus, like weather forecasting on Earth, information will effectively be lost, although there would be no loss of unitarity.

研究の動機と目的

• ユニタリティやCPT不変性を破らずにブラックホール情報パラドックスを解消すること。
• 火竜仮説に反論し、CPT対称性と通常のエネルギー運動量テンソルの計算が矛盾することを示すこと。
• 重力的崩壊において、イベントホライズンの代わりに一時的で混沌とした境界である顕在ホライズンが成立することを主張すること。
• 決定論的ではあるが混沌とした進化ゆえに、情報の喪失は根本的ではなく、気象予測に類似した性質であることを示すこと。
• AdS-CFT双対性を用いて、境界のCFTがホライズンの外側だけでなく、時空全体を記述することを支持すること。

提案手法

• 拡張されたシュバルツシルト背景におけるアンルー状態のエネルギー運動量テンソルを分析し、ホライズン付近でも正則であることを示し、火竜の形成と矛盾することを示す。
• 漸近的にAdS空間におけるブラックホールの形成と蒸発プロセスを時間反転し、CPT対称性を適用することで、蒸発が形成の時間反転でなければならないことを示す。
• AdS-CFT対応を用いて、双対CFTが時空全体を記述することを主張し、イベントホライズンの必要性がなくなることを示す。
• AdSの二つの境界計量（周期的に同一化されたAdSとシュバルツシルト-AdS）を比較し、相関関数に寄与するのは前者のみであることを示す。
• 崩壊した物体の内部を古典的混沌とモデル化し、決定論的ではあるが予測不能な放射を生じさせ、大気力学に類似させること。
• 予測可能性が初期条件への感度に依存するだけでユニタリティの破れではない、混沌とした力学による実効的情報喪失の概念を適用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CPT不変性やユニタリティを破らずにブラックホール情報パラドックスを解消できるか？
• RQ2 なぜ火竜はアンルー状態におけるエネルギー運動量テンソルの正則性と矛盾するのか？
• RQ3 CPT対称性は、ブラックホール蒸発におけるイベントホライズンや残渣の存在をどのように制限するのか？
• RQ4 AdS-CFT双対性は、イベントホライズンのないブラックホールを記述するために果たす役割は何か？
• RQ5 混沌とした力学ゆえに、ブラックホールにおける情報喪失はどの程度実効的であり、根本的ではないのか？

主な発見

• 火竜は排除される。アンルー状態におけるエネルギー運動量テンソルがホライズン付近で正則であるため、火竜に必要な特異的放射と矛盾する。
• CPT不変性により、残渣や火竜の両方が禁止され、ブラックホール蒸発が量子論的にユニタリでかつ時間反転可能でなければならないことを示唆する。
• イベントホライズンの不在は、光が脱出できない領域ではなく、一時的な顕在ホライズンを伴う不安定な束縛状態であることを意味する。
• AdS境界における双対CFTは、外部だけでなく時空全体を記述しており、系とその双対の間を分けるホライズンは存在しないことを示唆する。
• 崩壊物体内部の混沌とした力学が、決定論的ではあるが予測不能な放射を生じさせ、長期予測が不可能になる（気象予報に類似）。
• ユニタリティに反するか、ホライズンの形成によるものではなく、混沌とした性質ゆえに情報は保存されつつも実効的に失われる。