[論文レビュー] The Dark Side of String Theory: Black Holes and Black Strings

Gary T. Horowitz|ArXiv.org|Oct 21, 1992

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 46被引用数 89

ひとこと要約

この論文は、低エネルギー有効ストリング理論における古典的ブラックホールおよびブラックストリング解をレビューし、特にT双対性とS双対性を用いた解生成技術が、特異点のない極端な、特異な熱力学的および因果的性質を持つ配置を生み出す仕組みを示している。主な結果として、極端ブラックホールにおける曲率特異点の不在と、極端ブラックストリングと基本ストリングの双対性同等性が得られている。

ABSTRACT

Solutions to low energy string theory describing black holes and black strings are reviewed. Many of these solutions can be obtained by applying simple solution generating transformations to the Schwarzschild metric. In a few cases, the corresponding exact conformal field theory is known. Various properties of these solutions are discussed including their global structure, singularities, and Hawking temperature. (This review is based on lectures given at the 1992 Trieste Spring School on String Theory and Quantum Gravity.)

研究の動機と目的

• 低エネルギーストリング理論におけるブラックホールおよびブラックストリングを記述する古典的解を探索し、そのグローバル構造と特異点に焦点を当てる。
• ストリング理論におけるドライソン場が一般相対性理論と比較してブラックホールの性質に与える影響、特に極端限界における影響を調査する。
• T双対性やS双対性などの解生成技術が、正確または近似的な解を構築するのにおける役割を検討する。
• 双対性を介して極端ブラックストリングと基本ストリングの関係を明確にし、量子重力への含意を評価する。
• 正確な解、特異点構造、およびストリング理論的枠組み内でのホーキング蒸発に関する未解決問題を特定する。

提案手法

• シュバルツシルト計量のような既知の解にT双対性変換を適用し、ブラックストリングや電荷を帯びたブラックホールを含む新しい解を生成する。
• S双対性を用いて、強い結合定数におけるブラックホール解と弱い結合定数における基本ストリングを関連づけ、特に極端限界において検討する。
• ストリング理論の低エネルギー有効作用素を分析し、ドライソン場、ゲージ場、計量を含め、場の方程式と解の制約を導出する。
• O(d,d)対称性に基づく解生成技術を用いて、特に高次元的コンパクト化において複数の等長対称性を持つ解を構築する。
• ブラックストリング解の因果的構造とグローバル性質を検討し、特に内部ホライズンの存在とその双対性的挙動に注目する。
• 古典的解と conformal field theory (CFT) の構成を比較し、正確なCFTが既知の状況と、それらが極端ブラックホールとどのように関係するかを注記する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリング理論における極端ブラックホールは、完全に曲率特異点が存在しない可能性があるか。ドライソン場はそのような状況において果たす役割は何か。
• RQ2 T双対性やS双対性などの解生成技術は、極端限界においてブラックストリング解と基本ストリングをどのように関連付けるか。
• RQ3 ストリング理論における曲率特異点の性質は何か。どのタイプがストリングの伝播に影響を及ぼし、どのタイプが物理的に無害であるか。
• RQ4 特に摂動的または低エネルギー近似を超えて、漸近的に平坦なブラックホールに対する完全な量子ストリング理論の解をどの程度構築できるか。
• RQ5 イベントホライズンの双対性不変な特徴づけは可能か。時空の双対性がホライズンおよび特異点の解釈にどのように影響を与えるか。

主な発見

• ドライソン場の存在により、ストリング理論における極端ブラックホールは、一般相対性理論とは異なり、完全に曲率特異点が存在しないことが可能である。
• 極端限界において、極端ブラックストリング解は、直線状の基本ストリングの外側の場の配置に正確に還元され、双対性同等性が確立される。
• シュバルツシルト計量にT双対性変換を適用することで、ブラックストリングや電荷を帯びたブラックホールを含む新しい解が生成され、対称性に基づく解生成の強力さが示される。
• 極端限界において、ブラックホールとブラックストリングは反発的挙動を示すため、ホーキング蒸発の最終段階における非自明な力学的挙動が示唆される。
• ストリング理論における一部の曲率特異点はストリングの伝播に影響しない（例えば、平坦な時空のT双対像）。一方、重力波のような特異点は影響を及ぼすため、物理的および非物理的特異点の区別が可能である。
• ストリング理論における極端ブラックホールのホーキング温度はゼロとなり、極端限界における放射しない安定な性質と整合的である。