[논문 리뷰] Complementarity, not Firewalls

Daniel Harlow|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 26.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 21인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 블랙홀 사건의 지평선에서 플레어월이 없이도 보완성(complementarity) — 특히 내부 관찰자와 외부 관찰자에 모두 적용 가능한 양자역학의 일관성 — 을 유지할 수 있다고 주장한다. 저자는 저에너지 효과론적 장 이론을 사용한 관찰자 간의 잘못된 번역을 피하여, 내부 관찰자가 지평선을 해칠 것 없이 통과할 수 있음을 보여주며, 이는 유니타리성(unitarity)을 유지하고 정보 손실이나 효과론적 장 이론의 위반을 피한다.

ABSTRACT

In this note I argue that a version of complementarity is possible which evades the need for the "firewalls" recently proposed by Almheiri, Marolf, Polchinski, and Sully to burn up observers falling into black hole horizons. In particular I claim that it is consistent for an infalling observer to fall through an "old" black hole horizon without burning up, without this observer or any other seeing information loss or a violation of low energy effective field theory in an unexpected place. The reason that AMPS find the opposite conclusion is because they attempt to use low energy physics to translate between the quantum mechanics of different observers rather than to describe the experiments of only a single observer; I argue that this translation is polluted by short-distance physics related to stretched horizons.

연구 동기 및 목표

• 플레어월이 필수적이라는 결론을 내리는 데에 기여하는 플레어월 역설을 해결하기 위해.
• AMPS 추론에서 플레어월이 필요하다는 결론을 이끌어내는 데에 기여하는 오류를 규명하기 위해.
• 저에너지 효과론적 장 이론을 위반하거나 정보 손실을 일으키지 않으면서도 보완성이 유지될 수 있음을 보여주기 위해.
• 관찰자에 따라 달라지는 양자 기술 기술을 저에너지 물리학을 사용해 관찰자 간에 번역해서는 안 된다는 점을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 플레어월을 유도하는 데에 기여하는 가정을 분리하기 위해 AMPS 사고실험을 분석하기 위해.
• AMPS 추론이 저에너지 효과론적 장 이론을 사용해 내부 관찰자와 외부 관찰자 간의 양자 상태를 번역하는 데 의존하고 있음을 규명하기 위해.
• 스트레치드 지평선 근처의 단거리 물리학으로 인해 이러한 관찰자 간 번역이 잘못되었음을 주장하기 위해.
• 관찰자 간 비교를 넘어서 한 관찰자의 양자역학에 집중하는 문제 재구성하기 위해.
• 다른 기준 프레임 간에 양자역학의 일관성을 유지하기 위해 보완성 원리 사용하기 위해.
• 관찰자 간 번역을 피할 경우 효과론적 장 이론 위반 또는 정보 손실이 발생하지 않음을 보여주기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지평선에서 플레어월을 도입하지 않고도 블랙홀 보완성이 유지될 수 있는가?
• RQ2 왜 AMPS 추론은 플레어월이 필수적이라는 잘못된 결론을 이끌어내는가?
• RQ3 저에너지 효과론적 장 이론은 블랙홀 지평선 근처의 관찰자에 따라 달라지는 양자역학을 기술하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 스트레치드 지평선 근처의 단거리 물리학은 양자 중력 이론에서 관찰자 간 번역에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 내부 관찰자가 고에너지 효과를 경험하지 않고 지평선을 통과하는 것은 일관된가?

주요 결과

• AMPS 추론은 저에너지 효과론적 장 이론을 사용해 내부 관찰자와 외부 관찰자 간에 양자 상태를 번역하는 데 잘못된 방식을 사용함으로써 실패한다.
• 이러한 관찰자 간 번역은 스트레치드 지평선 근처의 단거리 물리학에 의해 오염되어 유효하지 않다.
• 내부 관찰자는 오래된 블랙홀의 지평선을 해칠 것 없이 통과할 수 있으며, 이는 효과론적 장 이론과 일치한다.
• 내부 관찰자의 기준에서 정보 손실이나 저에너지 물리학 위반은 발생하지 않는다.
• 관찰자에 따라 달라지는 기술 기술을 단순히 비교하지 않으면서도 보완성이 플레어월 없이도 유지를 할 수 있다.
• 이 논문은 플레어월 결론이 물리적 불일치가 아니라 양자 상태 번역에서 발생하는 방법론적 오류에서 비롯된다는 것을 입증한다.