[論文レビュー] (Information) Paradox Lost

Tim Maudlin|arXiv (Cornell University)|May 6, 2017

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 8被引用数 18

ひとこと要約

ティム・モールディンは、ブラックホール物理学におけるいわゆる「情報消失パラドックス」が、曲がった時空における量子場理論の誤った基礎的仮定に起因するものであり、実際のパラドックスではないと主張する。彼は、ユニタリ性ともつれをブラックホール蒸発に適用する際の数学的・概念的誤りが、このパラドックスを生じさせるとし、その解決策は、最近の急激な解決策が不要となるような、標準的な量子力学と相対性理論の原則にすでに存在すると主張する。

ABSTRACT

Since Stephen Hawking's original 1975 paper on black hole evaporation, there has been a consensus that the problem of "loss of information" is both deep and troubling. It is also thought that resolution of the problem may hold some conceptual keys to the unification of gravity with the other forces. I argue that this consensus view is mistaken. The so-called "information loss paradox" arises rather from the inaccurate application of foundational principles, involving both mathematical and conceptual errors. The resources for resolving the "paradox" are familiar and uncontroversial, as has been pointed out in the literature. The problem ought to have been dismissed 40 years ago. Recent radical attempts to solve the problem are blind alleys, solutions in search of a problem.

研究の動機と目的

• 理論物理学におけるブラックホール情報消失が深く未解決のパラドックスであるという広く共有された信念に挑戦すること。
• 情報消失問題の標準的定式化における数学的および概念的誤りを特定・是正すること。
• パラドックスが真の物理的問題ではなく、曲がった時空における量子場理論の誤った適用に起因するものであることを示すこと。
• いわゆるパラドックスの解決策が、新規の物理を必要とせず、標準的な量子力学と相対性理論によってすでに長年利用可能であったことを主張すること。
• 存在しない問題に対して異常な解決策を追求することをやめ、量子重力の基礎的明確化に焦点を再集中させること。

提案手法

• 1975年のホーキング元論文およびその後の導出を分析し、パラドックスの起源がもつれとユニタリティに関する誤った仮定に起因することを特定する。
• 標準的な量子力学および一般相対性理論の原則を適用して、適切に適用された場合、ブラックホール蒸発において情報が消失しないことを示す。
• ブラックホール付近の時空の因果構造と整合しない方法でユニタリティを保存する必要があるという誤った仮定を特定する。
• ブラックホール蒸発の文脈における密度行列ともつれエントロピーの誤った適用を強調する。
• 思考実験と形式的解析を用いて、全時空構造を考慮した場合、情報が放出放射に保存されることを示す。
• 相対論的量子場理論の原則に反する方法で進化がユニタリでなければならないという仮定を放棄することで、パラドックスが解消されることを主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール蒸発における情報消失の主張に至る基礎的誤りは何か？
• RQ2 いわゆる「情報消失パラドックス」が実際の物理的パラドックスではなく、概念的および数学的誤りの結果である理由は何か？
• RQ3 標準的な量子力学および一般相対性理論の原則は、新しい物理を必要とせず、どのように表面的な矛盾を解消するのか？
• RQ4 ファイアウォールやブラックホール双対性といった最近の急激な解決策が、なぜ誤った方向であり不要なのか？
• RQ5 時空の因果構造は、ブラックホール蒸発中の情報の流れを正しく評価するうえで、どのような役割を果たすのか？

主な発見

• 情報消失パラドックスは真のパラドックスではなく、曲がった時空における量子場理論の誤った適用に起因する副産物である。
• ブラックホール付近の時空の因果構造と整合しない方法でユニタリティを保存する必要があるという仮定が、情報消失の誤った外観を生じさせている。
• 適切に適用された場合、曲がった時空における量子場理論は情報消失を生じさせない。表面的な矛盾は、もつれや密度行列を誤って解釈することに起因する。
• いわゆるパラドックスの解決策は、ブラックホール熱力学の初期定式化以来、すでに利用可能であり、新しい物理を必要としない。
• ファイアウォール、ブラックホール双対性、ER = EPRといった最近の提案は、問題自体が幻想的であるため、問題を求める解決策にすぎない。
• パラドックスに関するコンSENSUSの見解は、物理的必然性ではなく概念的混乱によって維持されており、この問題はすでに数十年前に解決されていなければならない。