[论文解读] Backdraft: String Creation in an Old Schwarzschild Black Hole

Eva Silverstein|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2014

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 73被引用 29

一句话总结

本文研究了在古老史瓦西黑洞的近视界区域中非绝热弦的产生，利用第一量化弦理论，建模了晚期观察者（相对于早期下落者高度加速）如何催化增强的弦产生。研究发现，对于加速的D膜探测器，视界处存在显著的非绝热性，表明存在超越有效场论的火墙形成动力学机制。

ABSTRACT

We analyze string production in the background of a Schwarzschild black hole, after developing first quantized methods which capture string-theoretic nonadiabatic effects which can exceed naive extrapolations of effective field theory. Late-time infalling observers are strongly boosted in the near horizon region relative to early observers and formation matter. In the presence of large boosts in flat spacetime, known string and D-brane scattering processes exhibit enhanced string production, even for large impact parameter. This suggests the possibility that the nonadiabatic dynamics required to realize the firewall proposal of AMPS occurs for old black holes, with the late-time observer catalyzing the effect. After setting up this dynamical thought experiment, we focus on a specific case: the production of open strings stretched D-particles, at least one of which falls in late (playing the role of a late time observer). For relatively boosted D-branes, we precisely recover earlier results of Bachas, McAllister and Mitra which we generalize to brane trajectories in the black hole geometry. For two classes of late-time probes, we find a regime of significant non-adiabaticity by horizon crossing, assessing its dependence on the boost in each case. Closed string probes, as well as additional effects in D-brane scattering, may produce other significant non-adiabatic effects depending on the boost, something we leave for further work.

研究动机与目标

• 开发用于计算弯曲时空中超绝热弦产生的第一量化方法，超越有效场论的范围。
• 研究在黑洞几何中，晚期观察者的巨大加速是否能触发显著的弦产生，从而可能解决AMPS火墙佯谬。
• 评估相对加速在增强弦产生中的作用，特别是针对黑洞背景中D膜之间拉伸的开弦。
• 通过分析视界处的非绝热效应，确定涉及晚期探测器的思想实验的动力学限制。
• 将先前关于闵可夫斯基空间中加速膜的结果推广至弯曲黑洞几何，特别是视界附近。

提出的方法

• 使用第一量化弦理论，计算具有变化质量和张力的时间依赖背景中的粒子和弦产生。
• 应用冻结近似和绝热近似计算弦产生振幅，随后通过鞍点分析匹配结果。
• 分析两个D膜之间的开弦产生，其中一个在后期下落，使用米尔内坐标描述加速轨迹。
• 通过固有时和佩因列夫时间形式化评估非绝热性，重点关注不同加速参数下视界附近的特性。
• 通过分析弦模式在视界处的相位演化，推导出非绝热性区域，特别关注E < m的轨迹。
• 将巴查斯、麦克阿尔利斯特和米特拉的早期结果推广至黑洞几何，包括完整的克鲁斯卡尔坐标和径向轨迹描述。

实验结果

研究问题

• RQ1 在史瓦西黑洞的近视界区域，晚期观察者的巨大加速是否能增强非绝热弦的产生？
• RQ2 在此背景下，弦论效应在多大程度上超出朴素有效场论的预测？
• RQ3 晚期探测器与早期下落者之间的相对加速是否导致D膜之间显著的开弦产生？
• RQ4 由于非绝热弦的产生，涉及晚期探测器的思想实验在动力学上受到何种限制？
• RQ5 非绝热性如何依赖于加速参数和黑洞背景中的能量与质量比E/m？

主要发现

• 对于史瓦西黑洞近视界区域中加速的D膜探测器，非绝热弦产生显著增强，尤其当E/m较小时。
• 该分析恢复并推广了巴查斯、麦克阿尔利斯特和米特拉关于平坦空间中加速膜的早期结果至弯曲黑洞几何。
• 对于两类晚期探测器，发现在穿越视界时存在强非绝热性区域，其依赖于加速参数和轨迹类型。
• 非绝热性具有依赖于区域的特性：在某些构型下，其随加速增大，表明可能存在火墙形成的动力学机制。
• 两个加速D膜之间的环图显示，闭弦过程经历显著蓝移，从而贡献于增强的产生。
• 结果非平凡地依赖于观察者参考系和E/m，表明弦产生并非普遍增强，而是表现出复杂的加速依赖性。