[논문 리뷰] Trans-Planckian Modes, Back-Reaction, and the Hawking Process

Adam D. Helfer|ArXiv.org|2000. 08. 07.

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 호킹 복사가 양자 역작용과 에너지 보존에 의해 금지됨을 주장한다: 양자역학적 척도보다 작은 모드가 중요해지기 이전에, 호킹 양자 입자를 감지하기 위해 필요한 기하 측정은 블랙홀의 질량과 비슷한 에너지 변화를 수반하므로, 그러한 감지는 불가능하다. 이 결과는 기하 측정과 에너지 보존 사이의 양자 보완성으로 인해 블랙홀은 복사를 하지 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Hawking's prediction of black-hole evaporation depends on the application of known physics to fantastically high energies -- well beyond the Planck scale. Here, I show that before these extreme regimes are reached, another physical effect will intervene: the quantum backreaction on the collapsing matter and its effect on the geometry through which the quantum fields propagate. These effects are estimated by a simple thought experiment. When this is done, it appears that there are no matrix elements allowing the emission of Hawking quanta: black holes do not radiate.

연구 동기 및 목표

• 양자 역작용 효과를 분석하여 호킹의 블랙홀 복사 예측의 타당성을 도전하기 위해.
• 시공간 기하 측정에 대한 양자 제약를 고려할 때 호킹 양자 입자의 감지가 물리적으로 가능한지 조사하기 위해.
• 무너지는 물질의 에너지와 호킹 복사를 감지하기 위해 필요한 정밀도 사이의 상호작용을 탐구하기 위해.
• 에너지 보존 법칙이 블랙홀의 에너지 상태에 매크로스코픽한 분포를 초래하므로 호킹 양자 입자의 방출을 금지하기 때문에.
• 호킹 복사의 원인인 기하 구조 측정과 블랙홀의 총 에너지를 유지하는 것 사이의 양자 보완성 원리를 제안하기 위해.

제안 방법

• 호킹 양자 입자의 방출을 지배하는 적색편이 계수 $ v' $ 를 측정하기 위해 필요한 정밀도를 분석하기 위한 사고 실험을 사용하여.
• 측정 정밀도가 충분히 높을 경우 무너지는 물체에 매크로스코픽한 에너지 분포가 유도됨을 보여주기 위해 양자역학 원리를 적용하여.
• 양자 역작용이 지배적이 되고 방출이 금지되는 임계 척도 $ v' \sim (m_{\text{Pl}}/m)^2 $ 를 유도하여.
• 스코티셔 스킴트라 스킴트라에서의 장의 전파를 모델링하기 위해 질량이 없는 장에 대해 기하광학 근사를 적용하여.
• 미래 작업으로 개략화된 바와 같이 캐논리컬 양자화 기법을 사용하여 물리적 논거를 수학적으로 뒷받침하기 위해.
• 왜곡에 의해 발생하는 에너지 분포가 가용 에너지보다 클 경우 매트릭스 요소가 사라지는 것과 유사한 유사성을 제시하여.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무너지는 물체에서 에너지 보존을 위반하지 않고 호킹 양자 입자를 감지할 수 있는가?
• RQ2 무너지는 물질에 대한 양자 역작용이 호킹 양자 입자의 방출을 방지하는 척도는 어느 정도인가?
• RQ3 호킹 복사를 유도하는 기하 구조 측정과 블랙홀의 에너지를 유지하는 것 사이에 양자 보완성이 존재하는가?
• RQ4 적색편이 계수 $ v' $ 를 고정밀도로 측정하려는 요구 조건이 블랙홀에 비물리적인 에너지 분포를 초래하는가?
• RQ5 표준 에너지 보존 논거가 왜 호킹 복사를 배제하지 못하고, 무엇이 새로운 메커니즘으로 이를 방지하는가?

주요 결과

• 필요한 측정 정밀도로 인해 블랙홀에 매크로스코픽한 에너지 분포가 발생하므로 에너지 보존 법칙에 의해 호킹 양자 입자의 방출이 금지된다.
• 이 효과가 중요한 임계 척도는 $ v' \sim (m_{\text{Pl}}/m)^2 $ 로, 무너짐 과정에서 빠르게 도달된다.
• 무너지는 물질에 대한 양자 역작용은 호킹 복사를 감지하기 위해 필요한 정밀도로 기하를 탐측하는 것을 방해한다.
• 호킹 방출을 결정짓는 기하 구조 측정과 블랙홀의 에너지를 유지하는 것 사이에 양자 보완성이 존재한다.
• 최종 상태가 블랙홀의 총 가용 에너지보다 큰 에너지 분포를 요구하므로 호킹 방출에 대한 매트릭스 요소는 사라진다.
• 논거는 양자역학적 측정과 에너지 보존에 대한 기본적인 제약에서 비롯되며, 양자역학적 척도를 넘는 물리학과는 독립적이다.