[論文レビュー] Remarks on Black Hole Evolution a la Firewalls and Fuzzballs

S. Kalyana Rama|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 34被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、情報損失を伴わないユニタリティの保証を求めるブラックホールの進化が、イベントホライズンの不在を要請することを主張している。その結果、量子重力効果が特徴的な自由度のプランクスケールの雲に特徴づけられる、マスラーのファズボール提案に類似した状況が生じる。主な結果は、このようなホライズンなしのユニタリティの記述が、最近のファイアーウォール提案と限定的かつ同一ではない形で整合する一方、ホライズンなしの安定した高質量星のための新しい状態方程式を要請するという、標準的なブラックホール像に挑戦するものである。

ABSTRACT

Assume that there exists a fundamental theory of gravity which has a fundamental length scale and which is capable of explaining black hole evolution process fully in terms of fundamental microscopic degrees of freedom. The resultant evolution will clearly be unitary and will have no information loss. Carrying this assumption to its logical conclusion and, in particular, by considering the size of the region obtained by resolving the black hole singularity in such a theory, we arrive at a scenario very similar to that in Mathur's fuzz ball proposal where there is no horizon. We also comment on the consistency of such a picture with the recent results of Almheiri et al.

研究の動機と目的

• 基本的長尺度を持つ重力の基本的理論が、ブラックホール進化を微視的自由度によって完全に記述できるという仮定の下で、その結果を検討すること。
• このような理論がユニタリティの進化をもたらし、したがってイベントホライズンが存在しないことを主張すること。情報損失を回避するためである。
• ブラックホール特異点の解決が、プランク長さよりも顕著に大きい物理的サイズを持つことを示し、ファズボール提案に類似した構造が得られることを示すこと。
• アルムヘイリらのファイアーウォール提案との整合性を評価し、その仮定がこのホライズンなしの状況とどのように乖離しているかを特定すること。
• ホライズンなしで安定した高質量星の解を構築する挑戦を強調すること。その解は、標準ブラックホールと同等のエントロピーを持つ必要がある。

提案手法

• ストリング理論やループ量子重力などの基本的理論を仮定し、特徴的な長尺度を持つ。特異点は微視的自由度の観点から解決される。
• ユニタリティの要請と情報損失の不在を根拠に、イベントホライズンが形成されないことを導く。これは内部の情報を因果的に隔離するからである。
• 特異点領域のサイズを分析し、プランク長さよりも顕著に大きいことを主張する。その結果、ホライズンなしでファズボールに類似した構造が得られる。
• この状況をアルムヘイリらのファイアーウォール提案と比較し、両者ともホライズン付近で強い量子効果を含むが、ファイアーウォールは光的表面現象であるのに対し、特異点の雲は持続的で拡張された構造であることを示す。
• ホログラフィー原理とAdS/CFT双対性を、ブラックホール進化を理解するフレームワークとして用いるが、落下する観測者やホライズンの不在に関する未解決の問題に言及する。
• 安定でホライズンなしの高質量星の解を構築するため、基本的自由度から得られる新しい有効状態方程式の必要性を特定する。そのエントロピーは標準ブラックホールと同等でなければならない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基本的長尺度を持つ重力の基本的理論が、ユニタリティを保ち、情報損失を回避する形でブラックホール特異点を解決できるか？
• RQ2 このような解決においてイベントホライズンの不在が、ホライズンも特異点もないマスラーのファズボールに類似した物理的構造を生じるか？
• RQ3 このホライズンなしの状況は、アルムヘイリらのファイアーウォール提案とどのように比較できるか。特に、強い量子効果の性質と位置について。
• RQ4 任意の高質量に対しても、基本的自由度を用いて安定でホライズンなしの静的星の解を構築することは可能か？
• RQ5 このようなホライズンなしの星が、ベケンシュタイン＝ホーキングの公式が要求するように、標準ブラックホールと同等のエントロピーを持つことができるか？

主な発見

• ユニタリティのブラックホール進化を微視的自由度によって記述するという仮定は、イベントホライズンが形成されないことを意味する。なぜなら、それによって情報損失が生じるからである。
• ブラックホール特異点の解決は、プランク長さよりも顕著に大きい物理的領域を生じさせ、ファズボールの図像と整合的である。
• その結果得られる構造はホライズンなしであり、情報が脱出可能である。これは、明確に定義された光的表面に高エネルギー障壁を置くファイアーウォール提案とは根本的に異なる。
• この状況は、アルムヘイリらの要約における文（ii）および（iii）と整合しない。特に、ファイアーウォールの必然性やホライズンの役割に関する点で乖離している。
• 大きな課題が残っている：基本的自由度から得られる有効状態方程式を用いて、エントロピーが標準ブラックホールと同等の安定でホライズンなしの高質量星の解を構築すること。
• 論文は、ホライズンなしの状況が情報パラドックスや残留問題を回避する一方で、ホライズンなしの安定な高質量星の構成が実現可能であるという顕著な未解決の課題に直面していると結論づけている。