[논문 리뷰] Do Black Holes Destroy Information?

John Preskill|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|1992. 09. 16.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 79

한 줄 요약

이 논문은 블랙홀 정보 역학 역설을 다루며, 호킹 복사(의)가 진정으로 열적일 경우 블랙홀 증발 과정에서 양자 정보가 손실되며, 이는 양자역학의 보존성 원리와 모순된다고 주장한다. 저자는 이 역설이 물리학의 근본적 위기임을 시사하며, 양자역학 또는 일반상대성 이론의 근본적 재구성 필요성을 제기하고, 복사에 정보가 유지된다는 등의 대안을 탐색한다.

ABSTRACT

I review the information loss paradox that was first formulated by Hawking, and discuss possible ways of resolving it. All proposed solutions have serious drawbacks. I conclude that the information loss paradox may well presage a revolution in fundamental physics. (To appear in the proceedings of the International Symposium on Black Holes, Membranes, Wormholes, and Superstrings.)

연구 동기 및 목표

• 호킹의 블랙홀 복사에 대한 반고전적 계산에서 비롯된 정보 손실 역학 역설을 분석하기 위해.
• 정보가 복사에 유지된다는 것과 안정한 블랙홀 잔여물의 존재를 포함한 역학 역설의 해결책을 평가하기 위해.
• 블랙홀 증발 과정에서 양자 보존성의 붕괴가 물리학의 새로운 기본 이론이 필요하다는 것을 시사하는지 평가하기 위해.
• 완전한 양자 중력 이론이 필요하지 않은 채 정보 보존을 탐구하기 위해 극단적 블랙홀에 대한 산란 과정을 조사하기 위해.
• 저에너지 물리학을 유지하면서 고에너지에서 위상 일관성 붕괴를 允허하는 정보 손실의 현상학적 모델의 가능성 조사하기 위해.

제안 방법

• 중력의 반작용을 무시한 호킹 복사의 반고전적 근사법을 분석하여, 초기 상태에 독립적인 열복사를 유도한다.
• 복사하지 않는 안정한 극단적 블랙홀에 대한 산란에 대해 S-행렬 형식을 적용하여 보존성의 타당성을 시험한다.
• (1+1)-차원 효과적 장 이론 접근법을 검토하여, 반작용을 포함하고 입자 산란의 해석적 연구를 가능하게 한다.
• 정보가 복사에 인코딩된 모델의 일관성을 원리적 제약 조건인 인과성과 보존성으로 평가한다.
• 비보존적 진화의 영향, 예를 들어 밀도 행렬의 진화를 분석하고, 고에너지에서 디코herence를 설명하기 위해 플랑크 척도의 노이즈를 도입한 제안들을 비판한다.
• 정보 손실에 대한 현상학적 제약을 평가하며, 수정된 양자 이론에서 에너지 보존과 국소성 제약 조건을 중심으로 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블랙홀에 '털'이 없음에도 불구하고 정보가 호킹 복사에 유지될 수 있는가?
• RQ2 호킹 계산에서 열복사를 가정하는 것이 정보 손실을 결론 내리기에 충분한가?
• RQ3 고전적으로 안정적인 극단적 블랙홀은 산란에 대해 보존적인 S-행렬 기술을 가능하게 하는가? 이는 정보 보존을 시험하는 데 기여한다.
• RQ4 저에너지 양자장 이론을 유지하면서도 고에너지에서 비보존성을 允허하는 일관된 정보 손실 현상학적 이론을 구성할 수 있는가?
• RQ5 블랙홀 증발로 인해 양자역학에서 보존성을 포기할 경우 물리적이고 개념적인 결과는 무엇인가?

주요 결과

• 역학 역학 역설은 순수한 양자 상태가 블랙홀 증발을 통해 혼합 상태로 진화함에 따라 보존성 원리 위반으로 발생한다. 이는 양자역학의 핵심 원리이다.
• 호킹의 원래 계산은 반고전 중력 기반으로, 초기 상태에 독립적인 열복사를 예측하여 정보 손실을 암시한다.
• 원인성의 원칙에 의해, 복사와 초기 상태 사이의 상관관계가 없음을 강제로 규정한다. 이는 사건의 지평선 뒤에서 신호가 탈출할 수 없기 때문이다.
• 정보가 호킹 복사에 인코딩된다는 가설은 타당성은 있지만, 특히 반작용 효과가 없는 경우 구체적인 메커니즘이 부족하다.
• 안정한 블랙홀 잔여물의 존재는 보수적인 해결책이지만, 무한한 디세너지와 에너지 보존 위반 등의 강력한 반론에 부딪힌다.
• 디아톤 중력의 (1+1)-차원에서 극단적 블랙홀에 대한 산란은 정보 보존을 탐구하기 위한 분석 가능한 모델을 제공하지만, 전체 분석는 반고전 유효성 범위를 초과한다.