[論文レビュー] The Information Paradox for Black Holes

S. W. Hawking|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 10被引用数 80

ひとこと要約

この論文は、物質がブラックホールに落下する際の情報が、入射粒子によって引き起こされる対称性変換（スーパー翻訳）を介してイベントホライズンに符号化されることを提案している。これによりユニタリティが保たれ、ブラックホール情報パラドックスが解消される。理論的には情報は回復可能であるが、実用的には混沌とした、アクセス不能な形で現れるため、量子力学に反しない形でパラドックスが解決される。

ABSTRACT

I propose that the information loss paradox can be resolved by considering the supertranslation of the horizon caused by the ingoing particles. Information can be recovered in principle, but it is lost for all practical purposes.

研究の動機と目的

• ブラックホール蒸発中にユニタリティが破れるという長年のブラックホール情報パラドックスを解消すること。
• 落下する粒子からの量子情報がどのように保存され、最終的に放出されるハーキング放射に再現されるかを説明すること。
• 情報がブラックホール内部で失われるのではなく、スーパー翻訳対称性を介してホライズンに符号化されることを示すこと。
• 平坦な時空における漸近的対称性（BMS群）を活用することで、量子力学と重力的崩壊を調和させること。

提案手法

• 将来の光的無限大 I⁺ における遅延時間 u が関数 α(θ,φ) によってシフトする BMS 群のスーパー翻訳対称性を用いる。
• スーパー翻訳の概念をブラックホールホライズンに拡張し、先進時間 v が α によってシフトすることで、情報がホライズンにインクルードされることを示す。
• 落下する粒子がスーパー翻訳を引き起こし、その量子状態が非局所的かつ混沌とした形で符号化されるホログラフィックスクリーンとしてのホライズンをモデル化する。
• ショック波近似を用いて、落下する波パッケージがホライズンに与えるシフトを推定し、情報のインクルードの可能性を示す。
• スーパー翻訳不変性下での S 行列のユニタリティに依存し、情報が原理的に保存されることを保証する。
• ストロミンガーの BMS 対称性に関する研究を援用し、静的なブラックホールにまで拡張し、ホライズンを記憶記憶の記録として扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 落下する物質からの量子情報がブラックホール蒸発中にユニタリティを破ることなくどのように保存されるのか？
• RQ2 ブラックホールホライズン上に、落下する粒子の量子状態を符号化する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 漸近的対称性群（BMS）がブラックホール物理学における情報の保存と回収を可能にするメカニズムを提供できるか？
• RQ4 理論的には回復可能であるにもかかわらず、なぜ情報は実用的には失われているように見えるのか？

主な発見

• 落下する粒子からの情報はブラックホール内部で失われず、スーパー翻訳を介してイベントホライズンに符号化される。
• スーパー翻訳はホログラフィックインプリントとして機能し、ホライズン上での関数 α(θ,φ) が落下物質の量子状態を符号化する。
• 放出されるハーキング放射は、情報の高次にスクラッチされた混沌とした、実用的にはアクセス不能な形で情報を運ぶ。これにより、情報が失われているように見える理由が説明される。
• この解決策は、スーパー翻訳不変性下での S 行列のユニタリティに依存しており、根本的な情報の損失がないことを保証する。
• このメカニズムは、非ゼロの宇宙定数を持つ任意の背景におけるブラックホールにも適用可能である。
• この提案は、情報損失がないことを示唆する AdS/CFT 対応と整合しており、平坦な漸近的時空におけるその実現メカニズムを具体的に提供する。