[论文解读] Complementarity, not Firewalls

Daniel Harlow|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 21被引用 10

一句话总结

本文主张，通过避免使用低能有效场论进行错误的观察者变换，可以在不引入防火墙的情况下维持黑洞视界处的互补性——即量子力学对下落观察者与外部观察者均保持一致。作者表明，下落观察者可安然穿越视界，从而保持幺正性，避免信息丢失或违反有效场论。

ABSTRACT

In this note I argue that a version of complementarity is possible which evades the need for the "firewalls" recently proposed by Almheiri, Marolf, Polchinski, and Sully to burn up observers falling into black hole horizons. In particular I claim that it is consistent for an infalling observer to fall through an "old" black hole horizon without burning up, without this observer or any other seeing information loss or a violation of low energy effective field theory in an unexpected place. The reason that AMPS find the opposite conclusion is because they attempt to use low energy physics to translate between the quantum mechanics of different observers rather than to describe the experiments of only a single observer; I argue that this translation is polluted by short-distance physics related to stretched horizons.

研究动机与目标

• 通过挑战防火墙的必要性，解决黑洞物理中的防火墙悖论。
• 识别导致AMPS思想实验得出防火墙结论的错误假设。
• 证明在不违反低能有效场论或导致信息丢失的前提下，互补性仍可维持。
• 阐明观察者依赖的量子描述不应通过低能物理手段在不同观察者之间进行转换。

提出的方法

• 分析AMPS思想实验，以隔离导致防火墙结论的假设。
• 识别AMPS论证依赖于使用低能有效场论在下落观察者与外部观察者之间翻译量子态。
• 论证此类跨观察者转换因视界附近短距离物理效应而无效。
• 重新表述问题，聚焦于单一观察者的量子力学，而非比较不同观察者。
• 运用互补性原理，确保不同参考系中量子力学的一致性。
• 证明若避免观察者转换，则不会出现有效场论的破坏或信息丢失。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不于视界处引入防火墙的前提下维持黑洞互补性？
• RQ2 AMPS论证为何错误地得出防火墙为必要结论？
• RQ3 低能有效场论在描述黑洞视界附近观察者依赖的量子力学中起何作用？
• RQ4 视界拉伸面附近的短距离物理如何影响量子引力中观察者之间的转换？
• RQ5 下落观察者穿越视界时是否可能不经历高能效应，且保持一致性？

主要发现

• AMPS论证失败，因其错误地使用低能有效场论在下落与外部观察者之间翻译量子态。
• 此类跨观察者转换受视界附近短距离物理污染，因而无效。
• 下落观察者可安然穿越老黑洞的视界，与有效场论一致。
• 在下落观察者参考系中，不存在信息丢失或低能物理的破坏。
• 若不天真地比较观察者依赖的描述，互补性在无防火墙的情况下依然成立。
• 本文确立，防火墙结论源于量子态转换中的方法论错误，而非物理上的不一致。