[논문 리뷰] The Information Paradox for Black Holes

S. W. Hawking|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 03.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 10인용 수 80

한 줄 요약

논문은 블랙홀에 빨려 들어오는 물질의 정보가 초입자에 의해 유도되는 대칭 변환인 슈퍼트랜슬레이션을 통해 사건의 지평선에 코딩된다고 제안한다. 이로 인해 유니타리성이 유지되고 블랙홀 정보 역학 역설이 해결된다. 정보는 이론적으로 복원 가능하지만, 혼란스럽고 실질적으로 접근할 수 없는 형태로 나타나므로 양자역학을 위반하지 않고 역설을 해결한다.

ABSTRACT

I propose that the information loss paradox can be resolved by considering the supertranslation of the horizon caused by the ingoing particles. Information can be recovered in principle, but it is lost for all practical purposes.

연구 동기 및 목표

• 블랙홀 증발 과정에서 유니타리성이 위반된 것처럼 보이는 오랫동안 남아있는 블랙홀 정보 역설을 해결하기 위해.
• 들어오는 입자로부터 온 양자 정보가 어떻게 보존되고 최종적으로 외부로 방출되는 하킹 복사와 함께 재등장할 수 있는지 설명하기 위해.
• 정보가 블랙홀 내부에서 사라지지 않고, 슈퍼트랜슬레이션 대칭을 통해 지평선에 코딩된다는 것을 보여주기 위해.
• 평탄한 시공간 맥락에서의 점근 대칭군(BMS 군)을 활용하여 양자역학과 중력 수축을 조화시키기 위해.

제안 방법

• 미래의 무한한 빛선에서의 후퇴 시간 u가 각도 함수 α(θ,φ)에 의해 이동하는 BMS 군의 슈퍼트랜슬레이션 대칭을 사용한다.
• 슈퍼트랜슬레이션 개념을 블랙홀 지평선으로 확장하여, 진전 시간 v가 α에 의해 이동함으로써 지평선에 정보가 인코딩되도록 한다.
• 들어오는 입자가 슈퍼트랜슬레이션을 유도함으로써 지평선이 허브리시티 스크린처럼 작용하고, 양자 상태가 국소적이지 않고 혼란스럽게 코딩되도록 모델링한다.
• 충격파 근사를 적용하여 들어오는 웨이브 패킷이 지평선에 미치는 이동을 추정함으로써 정보 인코딩의 가능성과 타당성을 보여준다.
• 슈퍼트랜슬레이션 불변성 하에서 S-행렬의 유니타리성을 기반으로 하여 정보가 원칙적으로 보존된다는 것을 확보한다.
• Strominger의 BMS 대칭에 대한 연구를 기반으로 하여 이를 정적인 블랙홀로 확장하고, 지평선을 기억 효과를 지닌 역학적 표면로 간주한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 입자들이 블랙홀에 빨려들어가는 동안 양자 정보가 유니타리성을 위반하지 않도록 보존될 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 블랙홀 지평선에서 들어온 입자의 양자 상태를 코딩할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 점근 대칭군(BMS)이 블랙홀 물리학에서 정보 저장 및 회수를 위한 메커니즘을 제공할 수 있는가?
• RQ4 정보가 이론적으로 복원 가능하더라도 실질적으로는 왜 손실된 것처럼 보이는가?

주요 결과

• 들어오는 입자로부터 온 정보는 블랙홀 내부에서 사라지지 않고, 슈퍼트랜슬레이션을 통해 사건의 지평선에 코딩된다.
• 슈퍼트랜슬레이션은 허브리시티 인코딩 역할을 하며, 지평선 상의 함수 α(θ,φ)가 들어오는 물질의 양자 상태를 코딩한다.
• 외부로 방출되는 하킹 복사는 정보를 매우 혼란스럽고 혼란스럽고 실질적으로 접근할 수 없는 형태로 지니고 있어, 정보가 손실된 것처럼 보이는 이유를 설명한다.
• 이 해결책은 슈퍼트랜슬레이션 불변성 하에서 S-행렬의 유니타리성에 의존하여 기본적인 정보 손실이 없음을 보장한다.
• 이 메커니즘은 비제로 우주 상수를 가진 배경에서도 적용 가능하다.
• 이 제안은 정보 손실이 없는 것을 암시하는 AdS/CFT 대응과 일치하며, 이론적으로는 이러한 현상이 어떻게 발생하는지 구체적인 메커니즘을 제공한다.