[論文レビュー] Black Holes, Interactions, and Strings

L. Susskind, J. Uglum|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 1994

Relativity and Gravitational Theory被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、ブラックホールモデルにおいて粒子相互作用や高次の角運動量モードを無視すると、特にシュワルツシルト座標系において物理的に不自然な結果が生じることを主張している。これらの要素を回復し、大規模なローレンツブースト下での振る舞いを分析することで、著者らは弦理論がブラックホールが量子力学と整合するための必要な整合性条件を自然に満たしていることを示している。

ABSTRACT

We give some examples in which neglecting the interactions between particles or truncating the description of a black hole to the spherically symmetric mode leads to unphysical results. The restoration of the interactions and higher angular momentum modes resolves these problems. It is argued that mathematical consistency of the description of black holes in the Schwarzschild coordinate system requires that we neither truncate the theory nor ignore the interactions. We present two hypotheses on how matter must behave under large Lorentz boosts in order for black holes to be consistent with quantum mechanics. Finally, we argue that string theory exhibits these properties. Talk presented at the PASCOS meeting in Syracuse, New York, May 1994.

研究の動機と目的

• 球対称モードに制限したり、粒子相互作用を無視することでブラックホール記述を単純化すると、物理的に不自然な結果が生じることを示すこと。
• シュワルツシルト座標系における数学的整合性が、高次の角運動量モードと相互作用の包含を要求することを確立すること。
• 大規模なローレンツブースト下での物質の振る舞いに関する2つの仮説を提示し、ブラックホールが量子力学と整合するための条件を満たすようにすること。
• 弦理論がこれらの必要条件を自然に満たしており、したがってブラックホールの整合的で量子論的な記述が可能であると主張すること。

提案手法

• 粒子相互作用を無視し、球対称モード（s波）のみに制限したブラックホール系の結果を分析すること。
• ブラックホール物理学の文脈において、大規模なローレンツブースト下での物質の振る舞いを研究し、整合性条件を導出すること。
• ユニタリティと整合性を保つために、物質がこのようなブースト下でどのように変換されるべきかを示す2つの物理的仮説を提示すること。
• 低エネルギー有効理論的振る舞いと対称性を検討することで、弦理論がこれらの仮説を満たすかどうかを評価すること。
• 一般相対性理論および曲がった時空における量子場理論の枠組みを用いて、単純化されたモデルに生じる整合性の欠如を特定すること。
• 特に弦理論の拡張された性質と高スピン状態の洞察を応用し、ブラックホール熱力学におけるパラドックスを解消すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粒子相互作用や高次の角運動量モードをブラックホールモデルで無視すると、どのような物理的に不自然な結果が生じるか？
• RQ2 ブラックホール物理学と量子力学の整合性を保つために、物質は大規模なローレンツブースト下でどのように振る舞う必要があるか？
• RQ3 ユニタリティや因果律を破らないようにブラックホールを記述するための基礎的理論が満たすべき条件は何か？
• RQ4 弦理論が、拡張された構造や特定のブースト下での振る舞いといった、これらの不整合を解消するための必要条件を満たしているか？
• RQ5 なぜシュワルツシルト座標系は、ブラックホールの切断的または非相互作用的記述と不整合を示すのか？

主な発見

• 粒子相互作用や高次の角運動量モードを無視し、ブラックホール系を球対称モードに制限すると、ユニタリティや因果律の破れを含む物理的に不自然な結果が生じる。
• 高次の角運動量モードと完全な相互作用の導入により、シュワルツシルト座標系における記述の数学的整合性が回復される。
• 2つの仮説が提示される：ユニタリティと整合性を保つために、物質は大規模なローレンツブースト下で特定の振る舞いを示す必要がある。
• 弦理論は、提示された両方の仮説を自然に満たしており、ブラックホールの整合的で量子論的な記述に不可欠な本質的性質を有していると示唆される。
• 本論文は、ブラックホールが切断による物理的不自然さを生じさせずに記述可能であるような枠組みを、弦理論が提供していると結論づける。
• 解析から、弦の拡張された非点的性質が、ブラックホール物理学における量子論的不整合を解消するために不可欠であることが示唆される。