[논문 리뷰] The Dark Side of String Theory: Black Holes and Black Strings

Gary T. Horowitz|ArXiv.org|1992. 10. 21.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 46인용 수 89

한 줄 요약

이 논문은 저에너지 유효 끈 이론에서 고전적인 블랙홀과 블랙 스트링 해를 검토하며, 특히 T-duality와 S-duality를 포함한 해 생성 기법이 극한의, 특이점이 없는 구성으로 이어지는 유일한 열역학적 및 인과적 성질을 갖는 해를 어떻게 도출하는지 보여준다. 주요 결과로는 극한 블랙홀에서 곡률 특이점의 부재와 극한 블랙 스트링과 기본 끈 사이의 이중성 등가가 있다.

ABSTRACT

Solutions to low energy string theory describing black holes and black strings are reviewed. Many of these solutions can be obtained by applying simple solution generating transformations to the Schwarzschild metric. In a few cases, the corresponding exact conformal field theory is known. Various properties of these solutions are discussed including their global structure, singularities, and Hawking temperature. (This review is based on lectures given at the 1992 Trieste Spring School on String Theory and Quantum Gravity.)

연구 동기 및 목표

• 저에너지 끈 이론에서 블랙홀과 블랙 스트링을 기술하는 고전적 해를 탐구하며, 그들의 전반적 구조와 특이점에 중점을 둔다.
• 끈 이론에서의 니트론 장이 일반 상대성 이론과 비교해 블랙홀 성질에 어떻게 영향을 미치는지, 특히 극한 한계에서 분석한다.
• T-duality와 S-duality와 같은 해 생성 기법이 정확하거나 근사 해를 구성하는 데 어떻게 기여하는지 검토한다.
• 이중성에 기반해 극한 블랙 스트링과 기본 끈 사이의 연결을 명확히 하고, 양자 중력에 대한 함의를 평가한다.
• 정확한 해, 특이점의 구조, 그리고 끈 이론 프레임워크 내에서의 호킹 증발에 관한 열린 문제를 식별한다.

제안 방법

• 기존의 해들, 예를 들어 쇼워르츠실트 계량에 T-duality 변환를 적용하여 블랙 스트링과 전하를 띤 블랙홀과 같은 새로운 해를 생성한다.
• S-duality를 사용하여 강한 결합 상수의 블랙홀 해를 약한 결합 상수의 기본 끈으로 연결하며, 특히 극한 한계에서 분석한다.
• 끈 이론의 저에너지 유효 행동을 분석하여 니트론, 게이지 장, 계량을 포함하고, 장 방정식과 해의 제약 조건을 유도한다.
• O(d,d) 대칭에 기반한 해 생성 기법을 활용하여 다중 등장하는 등장성 대칭을 갖는 해를 구성하며, 특히 고차원적 축소에서 분석한다.
• 블랙 스트링 해의 인과적 구조와 전반적 성질을 분석하며, 내부 사건의 지평선의 존재와 그 이중성 행동을 특히 다룬다.
• 고전적 해를 등각 장 이론의 구성과 비교하며, 정확한 CFT가 알려진 경우와 그것이 극한 블랙홀과 어떻게 관련되는지 기록한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 끈 이론에서 극한 블랙홀이 곡률 특이점에서 완전히 자유로울 수 있으며, 니트론 장이 이에 어떤 역할을 하는가?
• RQ2 T-duality와 S-duality와 같은 해 생성 기법이 극한 한계에서 블랙 스트링 해를 기본 끈과 어떻게 연결하는가?
• RQ3 끈 이론에서 곡률 특이점의 성격은 무엇이며, 어떤 종류의 특이점이 끈의 전파에 영향을 주는가, 어떤 것은 물리적으로 무해한가?
• RQ4 특히 펌베이션 또는 저에너지 근사 이론을 초월하여, 비틀림이 없는 끈 이론에서의 완전한 양자 블랙홀 해를 얼마나 정확히 구성할 수 있는가?
• RQ5 사건의 지평선에 대한 이중성 불변 특성은 존재하는가? 그리고 시공간 이중성은 지평선과 특이점의 해석에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 끈 이론에서 극한 블랙홀은 니트론 장 덕분에 일반 상대성 이론과 비교해 시공간 기하학이 수정되면서 곡률 특이점에서 완전히 자유로울 수 있다.
• 극한 한계에서 극한 블랙 스트링 해는 정확히 직선의 기본 끈 외부의 장 구성으로 축소되며, 이는 이중성 등가를 확립한다.
• 쇼워르츠실트 계량에 T-duality 변환를 적용하면 블랙 스트링과 전하를 띤 블랙홀과 같은 새로운 해가 생성되며, 대칭 기반의 해 생성의 힘을 보여준다.
• 극한 한계에서 블랙홀과 블랙 스트링은 상호 반발하는 행동을 보이며, 이는 호킹 증발의 최종 단계에서 비정상적인 역학을 암시한다.
• 일부 끈 이론의 곡률 특이점은 끈의 전파에 영향을 주지 않으며(예: 평탄한 시공간의 T-이중성), 반면 중력 평면파의 특이점은 영향을 주므로 물리적 특이점과 비물리적 특이점 간의 차이를 나타낸다.
• 끈 이론에서 극한 블랙홀의 호킹 온도는 0이 되며, 이는 극한 한계에서 방사하지 않고 안정된 성질을 갖는 것과 일치한다.