[논문 리뷰] Islands outside the horizon

Ahmed Almheiri, Raghu Mahajan외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 24.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 44인용 수 211

한 줄 요약

이 논문은 bath와의 평형에 있는 AdS2 블랙홀에서 얽힘 웨지의 섬들이 지평선 밖으로 확장될 수 있음을 분석하고, 양자 초점 추측(QFC)에 의해 인과성 역설을 피하도록 제약되며 bath-연결 설정에서의 블랙홀 정보에 대한 시사점을 제시한다.

ABSTRACT

We consider an AdS$_2$ black hole in equilibrium with a bath, which we take to have a dual description as (0+1)-dimensional quantum mechanical system coupled to a (1+1)-dimensional field theory serving as the bath. We compute the entropies of both the quantum mechanical degrees of freedom and of the bath separately, while allowing contributions from entanglement wedge "islands". We find situations where the island extends {\it outside} the black hole horizon. This suggests possible causality paradoxes which we show are avoided because of the quantum focusing conjecture. Finally, we formulate a version of the information paradox for a black hole in contact with a bath in the Hartle-Hawking state, and demonstrate the role of islands in resolving this paradox.

연구 동기 및 목표

• AdS2 블랙홀이 bath와 평형을 이룰 때 얽힘 웨지의 섬이 지평선 밖으로 확장될 수 있는지 연구한다.
• 섬 기여를 포함한 흑홀 차원과 bath에 대한 von Neumann 엔트로피를 계산한다.
• 가능한 인과성 이슈를 검토하고 양자 초점 추측(QFC)이 이를 해결하는 방법을 보인다.
• Hartle-Hawking 상태의 bath 속 흑홀에 대한 정보 역설의 한 변형을 제시하고 islands의 역할이 해결에 어떻게 기여하는지 강조한다

제안 방법

• 잭윗-테이틀로임(Jackiw-Teitelboim) 중력이 bath와 접촉하는 conformal matter CFT와 결합된 모델로 거의-AdS2 흑홀을 모델링한다.
• 제안된 islands에 대해 generalized entropy S_gen = S_bulk + (Area/4G_N)를 계산하고 quantum extremal surface를 찾아 극값을 구한다.
• 명시적 extremization을 통해 quantum extremal surface가 horizon 밖에 놓일 수 있음을 보이고 얽힘 웨지의 해석으로 해석한다.
• QFC를 도입해 island가 horizon 밖에 있어도 인과성이 보존됨을 주장한다.
• finite temperature의 경우로 확장하고 thermofield double/Hartle-Hawking 상태가 island 동작과 정보 흐름에 어떻게 영향을 주는지 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Bath에 연결된 AdS2 설정에서 islands가 흑홀 지평선 밖으로 확장되는가, 어떤 조건에서 그런가?
• RQ2 섬을 포함하는 generalized entropy가 극값 및 비제로 온도에서 어떻게 작용하는가?
• RQ3 QFC가 islands가 지평선 밖에 있어도 인과성 역설을 예방할 수 있는가?
• RQ4 Hartle-Hawking 상태에서 islands가 정보 흐름에 어떤 영향을 주고 정보 역설을 어떻게 해결하는가?

주요 결과

• 섬은 bath에 연결된 비정상적 극값 및 비제로 온도 AdS2 설정에서 지평선 밖으로 확장될 수 있다.
• 섬 기여를 포함한 generalized entropy S_gen이 억정값을 가지도록 extremize되며, 섬은 종종 horizon 밖에 위치한다.
• QFC는 인과성이 보존되도록 보장하여 island의 horizon 밖 위치 이후에도 경계 인과성에 모순이 생기지 않도록 한다.
• Hartle-Hawking 상태에서 islands가 entanglement 증가를 islands 기여로 균형 맞추어 정보 역설의 한 버전을 해결하는 데 도움을 준다.
• 해당 분석은 near-horizon 물리학과 긴 거리 bath 상관 사이의 연계를 보여주며, island 차원은 외부 영역에 암호화될 수 있음을 시사한다.