[论文解读] Cosmic Censorship and Holography

Brett McInnes|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2019

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 58被引用 4

一句话总结

本文提出了一种五维渐近反 de Sitter（AdS）Kerr 黑洞的量子引力版本的宇宙监督猜想，表明当量子效应被嵌入弦理论时，会阻止角动量无限增大，从而解决了与表现出有界涡度的对偶场论之间的全息张力。关键结果是，量子修正项对角动量施加了上限，这与弱引力猜想以及强耦合场论（如夸克-胶子等离子体）的全息对偶性一致。

ABSTRACT

Recent developments regarding the Weak Gravity Conjecture suggest the existence of a quantum-gravitational version of Cosmic Censorship. We explore the form that this quantum might take in a concrete example, provided by the five-dimensional asymptotically AdS Kerr spacetime. Classical Censorship permits AdS$_5$-Kerr black holes with arbitrarily large angular momenta per unit mass, despite the fact that these black holes are holographically dual to four-dimensional field theories describing strongly coupled matter with \emph{bounded} vorticity. We argue that quantum should forbid this, and we explain the specific way in which this works when these black holes are embedded in string theory. We are guided by the proposed holographic duality of AdS$_5$ black holes with field theories which under some circumstances resemble the one describing the Quark-Gluon Plasma.

研究动机与目标

• 研究经典宇宙监督猜想（在 AdS5-Kerr 黑洞中允许任意大的角动量）与描述具有有界涡度的场论的全息对偶之间的张力。
• 探讨弱引力猜想所引导的量子引力效应是否能通过在角动量上施加一个基本上限来解决这一不一致性。
• 考察当黑洞被嵌入弦理论时，该上限如何出现，从而为宇宙监督猜想提供一个具体的量子引力实现。
• 阐明全息对偶在连接黑洞性质与强耦合场论（如夸克-胶子等离子体）可观测特征之间的作用。

提出的方法

• 将五维渐近 AdS Kerr 时空作为研究量子引力效应的具体模型。
• 应用弱引力猜想以推导对黑洞参数（特别是角动量）的量子约束。
• 利用全息对偶性将黑洞性质映射到具有有界涡度的四维强耦合场论上。
• 将黑洞解嵌入弦理论，以推导出强制实现最大角动量的量子修正项。
• 比较经典黑洞解与其对偶场论描述，识别出由量子效应解决的不一致性。
• 利用 AdS/CFT 对应关系将体内的引力动力学与边界上的场论行为联系起来，特别是关于涡度和角动量限制的问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据弱引力猜想所暗示的量子引力效应，是否会在 AdS5-Kerr 黑洞中对角动量施加一个基本上限？
• RQ2 描述强耦合场论的 AdS5-Kerr 黑洞的全息对偶，其本身具有有界涡度，如何与经典情况下可能出现的任意大角动量相协调？
• RQ3 弦理论中的哪些特定量子修正项可阻止无界角动量黑洞的形成？
• RQ4 与夸克-胶子等离子体场论的全息对偶以何种方式强制实现对涡度的限制，从而约束对偶黑洞的性质？
• RQ5 弱引力猜想能否用于推导出渐近 AdS 时空中的量子宇宙监督猜想？

主要发现

• 根据弱引力猜想所暗示的量子引力效应，AdS5-Kerr 黑洞无法拥有任意大的单位质量角动量。
• 其全息对偶场论（如描述夸克-胶子等离子体的强耦合物质）天然具有有界涡度，这与具有无界角动量的经典黑洞解相矛盾。
• 当黑洞被嵌入弦理论时，量子修正项动态地强制实现最大角动量，从而解决了经典与全息之间的不一致。
• 角动量的上限自然地从对偶场论的结构以及弱引力猜想的约束中浮现。
• 结果支持一种与全息对偶性及强耦合场论行为一致的量子引力宇宙监督猜想。
• 该分析证实，宇宙监督不仅是经典原理，也是量子原理，其成立依赖于全息对偶与量子引力约束的相互作用。