[论文解读] Black Holes, Interactions, and Strings

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

Relativity and Gravitational Theory被引用 9

一句话总结

本文主张，在黑洞模型中忽略粒子相互作用和高角动量模式会导致物理上不合理的后果，尤其是在史瓦西坐标系中。通过恢复这些要素并分析其在大洛伦兹提升下的行为，作者表明，弦理论自然满足黑洞与量子力学相容所需的各项一致性条件。

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.

研究动机与目标

• 证明将黑洞描述截断为球对称模式或忽略粒子相互作用会导致物理上不合理的后果。
• 确立在史瓦西坐标系中数学一致性要求包含高角动量模式和相互作用。
• 提出关于物质在大洛伦兹提升下行为的两个假说，以确保黑洞与量子力学的一致性。
• 论证弦理论实现了这些必需的物理特性，从而为黑洞提供了一致的量子描述。

提出的方法

• 分析仅保留s波（球对称）模式而忽略相互作用时对黑洞系统的影响。
• 在黑洞物理背景下研究物质在大洛伦兹提升下的行为，以推导一致性条件。
• 提出两个关于物质在这些提升下必须如何变换的物理假说，以保持幺正性和一致性。
• 通过考察其低能有效行为和对称性，评估弦理论是否满足这些假说。
• 利用广义相对论和弯曲时空中的量子场论框架，识别简化模型中的不一致性。
• 应用弦理论的洞察，特别是其延展性与高自旋态，以解决黑洞热力学中的悖论。

实验结果

研究问题

• RQ1 当在黑洞模型中忽略粒子相互作用和高角动量模式时，会产生哪些物理上不合理的后果？
• RQ2 物质在大洛伦兹提升下必须如何行为，才能确保黑洞物理与量子力学的一致性？
• RQ3 一种基本理论必须满足哪些条件，才能在不违反幺正性或因果性的情况下描述黑洞？
• RQ4 弦理论是否表现出解决这些不一致所必需的特性——如延展结构和特定的提升行为？
• RQ5 为何史瓦西坐标系与黑洞的截断或非相互作用描述不相容？

主要发现

• 将黑洞系统截断为仅球对称模式并忽略相互作用，会导致不合理的物理后果，例如幺正性或因果性的破坏。
• 包含高角动量模式和完整相互作用可恢复史瓦西坐标描述下的数学一致性。
• 提出了两个假说：物质在大洛伦兹提升下必须表现出特定行为，以保持黑洞系统中量子力学的一致性。
• 弦理论自然满足这两个假说，表明其基本性质对黑洞一致的量子描述至关重要。
• 本文结论认为，弦理论提供了一个框架，使黑洞可在不产生截断引起的物理异常的情况下被一致描述。
• 该分析表明，弦的延展性与非点状本质在解决黑洞物理中的量子不一致性方面至关重要。