[論文レビュー] Toy Models For Black Hole Evaporation

Steven B. Giddings|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 1992

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 21被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、半古典的アプローチでブラックホール蒸発を研究するための2次元ディラトン重力の玩具モデルを提示する。これにより、ホーキング放射の時空幾何へのバックレアクションを明示的に取り扱える。主な貢献は、半古典的アプローチの限界を特定し、情報パラドックスの解決への道筋として共形場理論との接続を提案することにある。

ABSTRACT

These are lecture notes for the 1992 Erice Workshop on Theoretical Physics. They first present a summary of the paradox of information loss to black holes, of its proposed resolutions, and of the flaws in the proposed resolutions. There follows a review of recent attempts to attack this problem, and other issues in black hole physics, using two-dimensional dilaton gravity theories as toy models. These toy models contain collapsing black holes and have for the first time enabled an explicit semiclassical treatment of the backreaction of the Hawking radiation on the geometry of an evaporating black hole. However, a complete answer to the information conundrum seems to require physics beyond the semiclassical approximation. Preliminary attempts to make progress in this direction, using connections to conformal field theory, are described.

研究の動機と目的

• ブラックホール情報パラドックスの解決策を分析し、その欠陥を特定すること。
• ブラックホール幾何へのホーキング放射のバックレアクションを明示的に半古典的計算できる、取り扱いやすい玩具モデルの開発。
• 共形場理論（CFT）的手法が、半古典的近似を超えて情報損失を解決するのに果たす役割を調べること。
• 簡略化された、解けるモデルを用いて蒸発するブラックホールにおける量子重力効果を研究するフレームワークを提供すること。
• 量子重力の文脈でブラックホール蒸発中にユニタリティがどのように保たれるかを理解する基盤を築くこと。

提案手法

• 重力収縮とブラックホール形成の簡略化モデルとして、2次元ディラトン重力理論を用いる。
• ディラトン重力における崩壊するシェルの明示的解を構築し、蒸発するブラックホールをモデル化する。
• 半古典的近似を適用して、ホーキング放射が時空幾何に与えるバックレアクションを計算する。
• 蒸発過程における計量および物質場の進化を追跡するためのフレームワークを導入する。
• 半古典的領域を超えるために、共形場理論（CFT）との接続を検討する。
• 動的かつ収縮する時空における量子場の振る舞いを分析し、情報保存のメカニズムを探る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 提案されたブラックホール情報パラドックスの解決策における根本的な欠陥は何か？
• RQ2 簡略化されたモデルにおいて、ホーキング放射が時空幾何に与えるバックレアクションを明示的に計算できるか？
• RQ3 2次元ディラトン重力における半古典的アプローチによる蒸発ブラックホールの取り扱いは、完全な量子重力の期待とどのように異なるか？
• RQ4 共形場理論は、半古典的近似を超えて情報損失を解決するために果たす役割は何か？
• RQ5 これらの玩具モデルを用いて、ユニタリなブラックホール蒸発の記述を構築することは可能か？

主な発見

• 玩具モデルは、蒸発するブラックホールの幾何へのホーキング放射のバックレアクションを明示的に半古典的取り扱い可能であることを示した。
• 分析により、半古典的近似だけでは情報パラドックスを解決できないことが明らかになった。
• モデルは、ありうる視界の形成や最終的到達点を含め、ブラックホール蒸発と整合的な幾何の進化を示している。
• 初期的証拠から、共形場理論の手法が半古典的領域を超えたユニタリな進化への道筋を提供する可能性がある。
• モデルは、情報損失を完全に解決するためには半古典的重力を超える物理学が必要であることを強調している。
• 本研究は、解けるモデルを用いた蒸発ブラックホールにおける量子重力効果のさらなる研究の基盤を確立した。