[논문 리뷰] Thermal duality and gravitational collapse in heterotic string theories

Michael Hewitt|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 29.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 26인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 E(8)×E(8) 및 SO(32) 헤테로지어스 끈 이론에서, 극도의 중력 수축이 열역학적 진동자(thermalon)의 자극을 일으켜 고온의 끈 상태를 형성하며, 이로 인해 사건의 지평선과 특이점의 형성이 방지된다고 제안한다. 이 메커니즘은 블랙홀을 지평선이 없는 초평면 기하학으로 대체함으로써 양자역학과 등가원리의 보존을 가능하게 하며, 정보는 얽힘을 통해 인코딩된다. 이는 블랙홀 보완성 원리 없이도 화염장 퍼즐을 해결한다.

ABSTRACT

The thermal duality of E(8) x E(8) and SO(32) heterotic string theories may underpin a mechanism that would convert the kinetic energy of infalling matter during gravitational collapse to form a region of a hot string phase that would expel gravitational gradients. This phase would be the continuation of a Ginzburg-Landau like superconductor in the Euclidean regime. In this scenario, there would be no event horizon or singularity produced in gravitational collapse. Solutions are presented for excitations of the string vacuum that may form during gravitational collapse and drive the transition to the hot phase. The proposed mechanism is developed here for the case of approximately spherical gravitational collapse in 4 uncompactified spacetime dimensions. A way to reconcile the large entropy apparently produced in this process with quantum mechanics is briefly discussed. In this scenario, astrophysical objects such as stellar or galactic cores which have undergone extreme gravitational collapse would currently be sites of an on-going conversion process to shells of this high temperature phase. The relationship of this proposal to the `firewall paradox' is noted.

연구 동기 및 목표

• 헤테로지어스 끈 이론에서 화염장 퍼즐과 블랙홀 정보 퍼즐을 해결하기 위해.
• 끈 이론적 메커니즘을 통해 중력 수축 중에 사라지지 않는 사라지지 않는 사건의 지평선과 시공간 특이점의 형성을 방지하기 위해.
• 고온의 끈 상태에서의 얽힘 엔트로피를 통해 블랙홀의 큰 엔트로피를 단위 양자역학과 조화시키기 위해.
• 홀로그래픽이고 초평면적인 내부 기하학을 통해 정보의 유지 및 탈출 메커니즘을 제공하기 위해.
• 헤테로지어스 끈에서의 하제른 전이가 낙하하는 물질을 억제하는 물리적 브레이크 역할을 할 수 있음을 보여주기 위해.

제안 방법

• 강한 중력장에서 전파되는 끈 진공의 응집된 자극인 '열역학적 진동자(thermalon)'를 도입한다.
• 유클리드 영역에서 Ginzburg-Landau 유사 응축체를 통해 고온의 끈 상태로의 전이를 모델링한다.
• 끈의 자유도가 지배적으로 되고 지평선 형성이 억제되는 임계 임계점으로서 하제른 온도를 사용한다.
• 열역학적 진동자 상태가 민코프스키 공간과 동형성을 유지한다는 가정 하에 시공간의 인과적 구조를 분석한다.
• 짧은 끈 및 긴 끈 섹터 간의 얽힘 엔트로피 개념을 적용하여 붕괴된 물체의 겉보기 엔트로피를 설명한다.
• 변환 과정의 시간스케일을 추정하며, 초평면 내부 영역 형성에 O(M ln M) 시간이 소요되며, 이는 호킹 복사 붕괴 시간스케일 O(M³)보다 훨씬 짧음을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 헤테로지어스 끈 이론에서 중력 수축 시 사건의 지평선과 시공간 특이점의 형성이 피할 수 있는가?
• RQ2 지평선이 없는 상황에서, 블랙홀 형성과 관련된 엔트로피는 어떻게 단위 양자역학과 조화를 이룰 수 있는가?
• RQ3 E(8)×E(8)와 SO(32) 헤테로지어스 끈 간의 열역학적 이중성은 지평선이 없는 붕괴의 끝점 가능성을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ4 헤테로지어스 끈에서의 하제른 전이가 낙하하는 물질을 억제하고 지평선 형성을 방지하는 물리적 메커니즘을 제공할 수 있는가?
• RQ5 제안된 메커니즘은 등가원리나 양자역학의 단위성을 위반하지 않고 화염장 퍼즐을 어떻게 해결하는가?

주요 결과

• 닫힌 포착 표면의 형성이 열역학적 진동자에 의해 유도된 고온의 끈 상태로 인해 피하게 되어, 지평선과 특이점의 형성이 방지된다.
• 초평면 내부 영역 형성에 소요되는 시간스케일은 O(M ln M)이며, 이는 호킹 복사 붕괴 시간스케일 O(M³)보다 훨씬 짧다.
• 붕괴하는 껍질에서의 평균 끈 생성률은 질량과 무관하게 시간당 O(1)로 유지되며, 이는 강력하고 효율적인 전환 과정을 나타낸다.
• 동적 포획 영역의 너비는 √M 비례로 증가하며, 태양 질량 10개의 물체에 대해 약 ~5×10⁻¹⁶ m, 1,000만 태양 질량의 물체에 대해 약 ~5×10⁻¹³ m이다.
• 최종 상태는 약 수백 플랑크 길이 두께의 홀로그래픽이고 초평면 기하학이며, 붕괴된 물체와 호킹 복사의 얽힘 파artner 정보를 모두 인코딩한다.
• 이 메커니즘은 교차 지평선 얽힘 문제를 피하고 시간 역전 대칭을 유지하며, 기존의 블랙홀 모델과는 달리 이중성을 유지한다.