[論文レビュー] Terminating black holes in quantum gravity

Cosimo Bambi, Daniele Malafarina+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2013

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、超可重整化で漸近的に自由な量子重力理論において、球対称な物質雲の重力的崩壊が、特異点の代わりに量子的跳躍を経てブラックホールを形成しないことを提案している。崩壊の過程で一時的な閉じ込められた表面が生成され、ブラックホールは恒久的な対象ではなく一時的な現象である可能性を示唆しており、跳躍後の新しい宇宙の出現に影響を及ぼす可能性がある。

ABSTRACT

We study the homogeneous gravitational collapse of a spherical cloud of matter in a super-renormalizable and asymptotically free theory of gravity. We find a picture that differs substantially from the classical scenario. The central singularity appearing in classical general relativity is replaced by a bounce, after which the cloud re-expands indefinitely. We argue that a black hole, strictly speaking, never forms. The collapse only generates a temporary trapped surface, which can be interpreted as a black hole when the observational timescale is much shorter than the one of the collapse. However, it may also be possible that the gravitational collapse produces a black hole and that after the bounce the original cloud of matter evolves into a new universe.

研究の動機と目的

• 量子重力効果が重力的崩壊における永遠のブラックホールの形成を防ぐかどうかを調査すること。
• 超可重整化で漸近的に自由な重力理論における一様な球対称な物質雲の力学的ダイナミクスを分析すること。
• 古典的特異点が量子的跳躍に置き換えられるかどうかを特定し、その跳躍が宇宙論的意味をどのように持つかを同定すること。

提案手法

• 高エネルギーにおける発散を回避するため、超可重整化で漸近的に自由な量子重力フレームワークを用いて崩壊をモデル化すること。
• 高曲率領域における重力相互作用を記述するために有効場理論の手法を適用すること。
• 力学の簡略化のため、一様で球対称なアンザッツを用い、運動方程式を数値的または解析的に解くこと。
• 閉じ込められた表面の形成を特定し、その進化を追跡して、跳躍後に存続するか否かを評価すること。
• 量子補正付きの進化を一般相対性理論の古典的解と比較し、特異点構造および事象の地平面形成における主要な相違点を明らかにすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子重力が重力的崩壊の過程で中心的時空特異点の形成を防ぐのか？
• RQ2 崩壊中に一時的な閉じ込められた表面が形成可能か？ また、その表面はどのような条件下で消滅するか？
• RQ3 量子的跳躍の後、崩壊する物質は再び再膨張し、新たな時空領域へと進展するのか？
• RQ4 崩壊の最終状態はブラックホールの形成と整合的か、それとも根本的に異なるのか？
• RQ5 跳躍後の進化が新しい宇宙の創出に繋がる可能性はあるか？

主な発見

• 一般相対性理論の中心的特異点は、量子的跳躍に置き換えられ、恒久的なブラックホールの形成が回避される。
• 閉じ込められた表面は一時的に形成されるが、持続しないことから、ブラックホールは安定な最終状態ではないことが示唆される。
• 跳躍後に崩壊が逆転し、物質雲は無限に再膨張する。
• 系は跳躍後に新たな宇宙へと進化する可能性があり、周期的またはマルチバース的な構造を示唆する。
• 閉じ込められた表面の一時的性質は、ブラックホールが崩壊時間スケールより短い時間スケールでの有効な記述にすぎないことを示している。