[논문 리뷰] The black hole information paradox

Steven B. Giddings|ArXiv.org|1995. 08. 28.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 26인용 수 61

한 줄 요약

이 논문은 블랙홀 정보 역설을 조사하며, 만약 블랙홀 잔여물이 존재한다면, 리스너-노르트스트롬 블랙홀에서 무한한 내부 양자 상태의 수를 암시할 것이며, 배경 장에서의 물리적으로 불가능한 무한한 생성률을 초래할 것이라고 주장한다. 핵심 기여는 잔여물이 해결책으로서 타당하지 않음을 반박하고, 국소성 또는 양자역학이 붕괴되지 않는 한 유니타리성과 인과성이 동시에 성립할 수 없다는 점을 제기하는 것이다.

ABSTRACT

A concise survey of the black hole information paradox and its current status is given. A summary is also given of recent arguments against remnants. The assumptions underlying remnants, namely unitarity and causality, would imply that Reissner Nordstrom black holes have infinite internal states. These can be argued to lead to an unacceptable infinite production rate of such black holes in background fields. (To appear in the proceedings of the PASCOS symposium/Johns Hopkins Workshop, Baltimore, MD, March 22-25, 1995).

연구 동기 및 목표

• 허킹 복사로 인해 양자 정보가 실질적으로 손실되는 데서 비롯되는 블랙홀 정보 역설을 분석하기 위해.
• 잔여물이 정보를 저장할 수 있다는 가정이 무한한 생성률을 암시하므로, 잔여물이 해결책으로서의 타당성을 도전하기 위해.
• 양자중력 이론에서 유니타리성, 인과성, 에너지 보존 간의 갈등을 탐색하기 위해.
• 비국소성 또는 수정된 국소성이 양자중력 이론에서 정보 역설을 해결할 수 있는지 평가하기 위해.
• 잔여물이 곡면 시공간에서의 양자장 이론과 유효장이론의 제약 조건과 일관된지 평가하기 위해.

제안 방법

• 유효장이론과 유클리드 경로적분 방법을 사용하여 블랙홀 쌍 생성률을 계산한다.
• 지브스-하킹 분할 함수 형식을 적용하여 블랙홀 엔트로피를 열역학적 중력의 분할 함수와 연결한다.
• 근사 사건의 중심 근처 기하구조에 대한 함수적 적분의 행동을 분석하며, 특히 전하 대 장 비율(QB ≪ 1)의 극한에서의 행동을 고려한다.
• 리스너-노르트스트롬 블랙홀에서의 무한한 내부 상태의 역할과 진공 안정성에 대한 영향을 분석한다.
• 펜로즈 다이어그램을 사용하여 인과적 구조와 허킹 복사에서의 비국소적 신호 전달을 시각화한다.
• 블랙홀 구성에서 무한한 상태 degeneracy가 초래하는 열역학적 및 양자중력적 결과를 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블랙홀 잔여물의 존재가 외부 장에서 이러한 물체의 물리적으로 불가능한 무한한 생성률을 초래하는가?
• RQ2 잔여물이 정보를 저장한다고 가정할 경우, 유니타리성과 인과성이 동시에 성립할 수 있는가?
• RQ3 전자기 블랙홀에서 무한한 수의 내부 상태가 초래하는 양자중력적 결과는 무엇인가?
• RQ4 허킹 복사에서의 정보 손실은 에너지 보존과 일관된가? 유효장이론에 대한 영향은 무엇인가?
• RQ5 양자중력 이론에서의 비국소성이 원인을 위반하거나 유니타리성을 위반하지 않고도 정보 역설을 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 잔여물의 존재는 리스너-노르트스트롬 블랙홀에서 무한한 내부 양자 상태의 수를 암시하며, 이는 외부 장에서의 물리적으로 불가능한 무한한 생성률을 초래한다.
• 이 무한한 생성률은 작고 QB의 크기가 일정한 경우에도, 근사 사건의 중심 근처 기하구조에 대한 유클리드 경로적분이 행동하는 방식으로 인해 발생한다.
• 분석 결과, 무한한 상태 디제너레이션은 Γ = ∞ × e^{-πQ/B}로 이어지며, 이는 발산하는 쌍 생성률을 의미한다.
• 이 결과는 실험 관측과 모순되며, 잔여물이 정보 역설의 타당한 해결책이 될 수 없다는 것을 시사한다.
• 논문은 잔여물이 존재할 경우 유니타리성 또는 인과성이 반드시 붕괴된다는 결론을 내리며, 이는 잔여물이 해결책으로서의 역할을 약화시킨다.
• 역설은 여전히 해결되지 않았지만, 증거는 국소성 또는 양자역학의 붕괴를 시사하며, 스트링 이론에서의 비국소성이 가능한 해결책으로 제기된다.