[論文レビュー] The black hole information paradox

Steven B. Giddings|ArXiv.org|Aug 28, 1995

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 26被引用数 61

ひとこと要約

この論文は、ブラックホール情報パラドックスを検討し、ブラックホール残渣が存在する場合、リーマン＝ノールストロームブラックホールにおいて無限個の内部量子状態を意味し、背景場における物理的に不自然な無限の生成率を引き起こすと主張している。主な貢献は、残渣を解決策として受け入れることの反証であり、ユニタリティと因果律が両立できるのは、局所性または量子力学の破綻が伴う場合に限ることを示唆している。

ABSTRACT

A concise survey of the black hole information paradox and its current status is given. A summary is also given of recent arguments against remnants. The assumptions underlying remnants, namely unitarity and causality, would imply that Reissner Nordstrom black holes have infinite internal states. These can be argued to lead to an unacceptable infinite production rate of such black holes in background fields. (To appear in the proceedings of the PASCOS symposium/Johns Hopkins Workshop, Baltimore, MD, March 22-25, 1995).

研究の動機と目的

• ホーキング放射による量子情報の見かけ上の消失に起因するブラックホール情報パラドックスを分析すること。
• 残渣が解決策として成立するかを検証し、それらが物理的に不自然な無限の生成率を意味することを示すこと。
• 量子重力におけるユニタリティ、因果律、エネルギー保存則の間の緊張関係を調査すること。
• 非局所性または量子重力における局所性の修正がパラドックスを解消できるかを検討すること。
• 有効場理論の制約と整合するかを評価すること。

提案手法

• 有効場理論とユークリッド経路積分法を用いて、ブラックホール対生成率を計算する。
• ギブンズ＝ホーキングの分配関数形式を適用し、ブラックホールエントロピーを熱的重力の分配関数に関連付ける。
• 近ホライズン幾何における関数的積分の振る舞いを分析し、特に電荷対場強度比（QB ≪ 1）の極限を扱う。
• リーマン＝ノールストロームブラックホールにおける無限の内部状態の役割と真空安定性への影響を検討する。
• ペネロープ図を用いて因果構造とホーキング放射における非局所的信号伝達を可視化する。
• 無限状態デゲネラシーがブラックホール配置に与える熱力学的および量子重力的結果を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール残渣の存在が、外部場におけるそれらの物体の物理的に不自然な無限の生成率を引き起こすか？
• RQ2 情報が残渣に保存されるという仮定のもとで、ユニタリティと因果律が両立可能か？
• RQ3 電荷を帯びたブラックホールにおける無限個の内部状態がもたらす量子重力的結果は何か？
• RQ4 ホーキング放射における情報の損失はエネルギー保存則と整合するか？ 有効場理論への影響は何か？
• RQ5 量子重力における非局所性は、因果律やユニタリティを破ることなく情報パラドックスを解消できるか？

主な発見

• 残渣の仮定は、リーマン＝ノールストロームブラックホールにおいて無限個の内部量子状態を意味し、外部場における物理的に不自然な無限の生成率を引き起こす。
• この無限の生成率は、作用が1階程度の配置に対し、近ホライズン幾何におけるユークリッド経路積分が発散するため生じる。
• 解析により、無限状態デゲネラシーは Γ = ∞ × e^{-πQ/B} を意味し、発散する対生成率を示す。
• この結果は実験的観測と矛盾するため、残渣が情報パラドックスの有効な解決策とはなり得ない。
• 論文は、残渣が存在する場合にはユニタリティまたは因果律が破綻する必要があると結論づけ、それらが解決策としての役割を果たせないことを示唆する。
• パラドックスは未解決のままだが、その証拠は局所性または量子力学の破綻を示しており、ストリング理論における非局所性が解決策の可能性を示唆している。