[논문 리뷰] Might black holes reveal their inner secrets?

Ted Jacobson, Thomas P. Sotiriou|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 09.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 16인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 극도로 큰 각운동량이나 전하를 주입함으로써 블랙홀이 우주의 침묵 원칙을 위반하여 싱귤라리티를 드러낼 수 있는지 조사한다. 테스트 몸체 근사법을 사용하여 케르-뉴먼 시공간에서 분석한 결과, 자기력과 복사 효과를 무시할 경우 과도한 스핀이나 과도한 전하가 운동학적으로 가능하지만, 이러한 효과들은 이러한 위반을 막을 가능성이 높아 우주의 침묵 원칙을 유지한다.

ABSTRACT

Black holes harbor a spacetime singularity of infinite curvature, where classical spacetime physics breaks down, and current theory cannot predict what will happen. However, the singularity is invisible from the outside because strong gravity traps all signals, even light, behind an event horizon. In this essay we discuss whether it might be possible to destroy the horizon, if a body is tossed into the black hole so as to make it spin faster and/or have more charge than a certain limit. It turns out that one could expose a "naked" singularity if effects of the body's own gravity can be neglected. We suspect however that such neglect is unjustified.

연구 동기 및 목표

• 극도로 큰 각운동량이나 전하 주입을 통해 블랙홀이 우주의 침묵 원칙을 위반하여 싱귤라리티를 드러낼 수 있는지 평가하기.
• 테스트 몸체 근사법이 극한 블랙홀의 과도한 스핀이나 과도한 전하를 가능하게 하는지 검토하기.
• 중력파 복사 및 자기력과 같은 무시된 물리적 효과가 낙법 싱귤라리티의 형성 방지에 기여하는 역할 평가하기.
• 사고 실험에서 우주의 침묵 원칙을 위반하지 못한 것이 수학적 오류가 아니라 물리적 제약 때문인지 조사하기.
• 자기력과 복사 효과가 우주의 침묵 원칙 검증에서 결정적인 역할을 할 수 있는 역학적 영역 파악하기.

제안 방법

• 극한 케르-뉴먼 블랙홀 시공간에서 고각운동량 또는 고전하를 가진 테스트 몸체의 경로 및 궤도 운동 분석하기.
• 리스너-노르트스트롬 및 케르-뉴먼 계량을 사용하여 지오데식 방정식을 적용해 사건의 지평선 근처 입자 궤적 모델링하기.
• 과도한 스핀이나 과도한 전하를 위해 필요한 정밀 조정을 위해 에너지 및 각운동량 균형 조건 적용하기.
• 반경 방향 전환점과 사건의 지평선 반경을 비교하여 크기 제약 평가하기; 전환점이 지평선에 매우 가까이 위치함을 보여주기.
• 과도한 스핀 조건을 방해할 수 있는 중력파 복사 및 자기력 효과의 역할 평가하기.
• 스핀하는 몸체를 지평선 근처에 내림내릴 때 발생하는 조도 효과 분석하여 실현 가능성에 미치는 영향 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에너지와 각운동량이 ε 수준인 테스트 몸체가 충분한 각운동량이나 전하를 지닌 채로 극한 블랙홀을 과도하게 스핀하거나 과도하게 전하를 띄워 싱귤라리티를 드러낼 수 있는가?
• RQ2 자기력 또는 중력파 복사 효과로 인해 과도한 스핀이나 과도한 전하의 운동학적 가능성은 무효화되는가?
• RQ3 지평선의 조도 변형이 스핀하거나 전하를 띤 몸체의 주입을 방지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 에너지 및 각운동량의 정밀 조정 요구 조건이 이러한 사고 실험의 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이전의 우주의 침묵 원칙 위반 시도가 실패한 이유가 수학적 불완전성보다 물리적 제약 때문인가?

주요 결과

• 에너지와 각운동량이 모두 ε 수준인 테스트 몸체의 경우, 필요한 값에 비해 각운동량이 ε² 수준으로 정밀 조정되면 과도한 스핀이나 과도한 전하가 운동학적으로 가능하다.
• 반경 방향 운동의 내부 전환점은 지평선에 매우 가까이 위치하며, r_inner - 1 ≲ √(δE/2) ≪ 1 이므로 입자는 지평선에 매우 가까이 접근해야 한다.
• 극한 블랙홀의 경우 지평선까지의 고유 거리는 무한대이므로, 전환점에 의한 크기 제약은 한계 요소가 되지 않는다.
• 중력파 복사 및 자기력 효과는 과도한 스핀에 필요한 미세한 균형을 방해할 가능성이 크며, 특히 각운동량이 복사되는 궤도 경우 더욱 그렇다.
• 전자기 자기력 효과는 허베니의 이전 연구에서 제안된 바와 같이 과도한 전하를 방지할 수 있으나, 확실히 증명되지는 않았다.
• 몸체의 중력장으로 인한 조도 효과는 특히 지평선 근처에 내림내린 스핀 몸체의 초기 구성이 물리적으로 실현 가능하지 않게 만들 수 있다.