[論文レビュー] On Constructing Baby Universes and Black Holes

Tanmay Vachaspati|arXiv (Cornell University)|May 15, 2007

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ベビー宇宙およびブラックホールを構築する際の量子的および相対論的課題を調査し、ホワイト・エネルギー条件の破れを伴う量子効果が、実験室的手法による安定した形成を不可能にすることを示している。予備・ホーキング放射のおかげでブラックホールの形成が完全に回避される可能性があり、その結果、イベントホライズンの形成そのものを防ぐことで情報消失パラドックスが解決される。

ABSTRACT

The creation of spacetimes with horizons is discussed, focussing on baby universes and black holes as examples. There is a complex interplay of quantum theory and General Relativity in both cases, leading to consequences for the future of the universe and the information loss paradox, and to a deeper understanding of quantum gravity.

研究の動機と目的

• 量子場効果を用いた実験室設定でのベビー宇宙生成の可能性を分析すること。
• 特に、ホワイト・エネルギー条件の破れを含む量子効果が時空におけるホライズン形成に与える影響を検討すること。
• 重力的収縮の過程でブラックホールが形成されるのか、それとも量子放射がイベントホライズンの形成を防ぐのかを調査すること。
• 予備・ホーキング放射のおかげでブラックホールが形成されないという仮説を提示し、情報消失パラドックスを解消すること。
• 特異点を防ぎ、永遠の宇宙再生を可能にするホライズンを伴う宇宙論的モデルを探索すること。

提案手法

• 偽真空中の泡の古典的および量子的ダイナミクスを分析し、ベビー宇宙形成をモデル化する。
• 曲がった時空における量子場理論を適用し、ウォームホールの喉の部分におけるホワイト・エネルギー条件の破れを評価する。
• 宇宙船の燃料消費のアナロジーを用いて、重力的収縮中の質量損失をモデル化し、量子放射によるエネルギー損失と比較する。
• バーキホフの定理を適用し、収縮する殻の外部計量が、量子のバックレアクションがそれを変える限り、シュバルツシルトに類似したものでなければならないと主張する。
• 2つの時空状況を比較する：1つは完全なブラックホールの形成を伴うもの、もう1つはホライズン形成前に完全に蒸発するもの。
• 外部観測者が有限時間で放射を放出することの意味を評価し、物体がホライズンの向こうに消えるかどうかを判断する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既知の古典的物質源を用いて、実験室でベビー宇宙を生成することは可能か？
• RQ2 ホワイト・エネルギー条件を破る量子場は、ベビー宇宙形成中における安定したウォームホール接続を可能にするか？
• RQ3 重力的収縮の過程で、予備・ホーキング放射がイベントホライズンの形成を防ぐことができるか？
• RQ4 ブラックホールのイベントホライズンが存在しないことで、情報消失パラドックスは解消されるか？
• RQ5 宇宙論的ホライズンは特異点を防ぎ、永遠の宇宙再生を可能にするか？

主な発見

• 既知の古典的物質源を用いた実験室でのベビー宇宙生成は、ホワイト・エネルギー条件の破れを要するため不可能である。
• 量子場は物理的に非現実的な結果を伴わずにホワイト・エネルギー条件を破る可能性を有し、ベビー宇宙生成への道筋を提供する。
• 短命な量子的ホワイト・エネルギー条件の破れは、ウォームホールの崩壊を引き起こし、安定したベビー宇宙の形成を防ぐ。
• 収縮する殻がイベントホライズン形成前に完全に予備・ホーキング放射によって蒸発すれば、重力的収縮がブラックホールの形成に至らない可能性がある。
• 蒸発のシナリオにおける真のイベントホライズンの不在は、ユニタリティを保つことで自然に情報消失パラドックスを解消する。
• 宇宙論的ホライズンはウォームホールを安定化させ、アイランド宇宙論やリサイクル宇宙のモデルにおいて、永遠の宇宙再生を可能にする。