Effective Theory of Quantum Black Holes toward degrees of freedom of quantum gravity
| Project/Area Number |
21K13929
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
横倉 祐貴 国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 上級研究員 (50775616)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | ブラックホール / 量子重力 / 半古典的アインシュタイン方程式 / ブラックホール撮像 / Bekenstein-Hawkingエントロピー / ブラックホールエントロピー / ホログラフィ原理 / エントロピー / アノマリー / 情報問題 / 対称性 |
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| Outline of Research at the Start |
プランクスケール近傍では物質と重力の微視的自由度が相互作用し、それにより熱平衡に至り、両者がエントロピーを担うはずである。では、重力系のエントロピーとは何だろうか？その典型的なものはブラックホールのエントロピーであるが、その起源は蒸発に伴う情報問題と深く関係している。本研究では、蒸発する性質を第ゼロ近似としたブラックホールの場の理論的記述を発展させると共に、一般の重力系に対する一般共変的なエントロピーの概念を対称性の観点から定式化し、量子ブラックホールの半古典的な有効理論を構築する。この構築過程から重力の自由度が担う役割を理解し、量子重力の真の自由度がもつべき性質を探る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度はエントロピー面積測を満たす半古典的アインシュタイン方程式の非摂動解として、量子ブラックホールモデルを直接構成した。これはホライズンを持たないが、非常に強い赤方偏移を持ち、それがどの程度観測的振る舞いと整合的であるは興味深いことである。そこで、このモデルの撮像をChe-Yu Chen氏(理研iTHEMS)と共に研究した。ブラックホールの撮像は中央の暗部を囲むリング状の明部によって特徴付けられるが、これは非常にコンパクトな天体一般で得られるものでありホライズンの存在と直接関係しない。私のモデルはホライズンを持たないため、光源から発せられた光子は内部を通過し、従来のリングとは異なる寄与を生むことがわかった。しかしそれは非常に長い時間を待った場合の理想的なものであり、物理的時間スケール（ブラックホールの蒸発時間）でみると、その非常に強い赤方偏移のためそのような寄与はほとんど消え、古典的Schwarzschildブラックホールの撮像とほぼ一致する結果が得られた。さらに、inner shadowの強度を評価するとわずかに古典的な場合に比べて明るくなり、しかもその定量的振る舞いはモデル内のパラメータ（量子揺らぎに寄与する理論の自由度や内部の相互作用の程度を表すパラメータ）と整合的であることがわかった。これはこのモデルの将来の観測予言になりうる。以上の意味で、このモデルは現在の観測データと整合的であり、量子論におけるブラックホールの有効記述になりうる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの私の研究は主に原理的側面に重きを置いたものであったが、上記研究は現象論を調べたものであり、しかもその結果はモデルの物理的構造と撮像との見事な整合性を見せている美しい結果だと思う。このような現象論的研究も含めて幅広い視点から量子ブラックホールの有効理論を考えていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
ホライズンという古典的特徴づけではなく、「ブラックホール＝与えられた表面積に対しエントロピーを最大化させる配位」という量子論的特徴づけを研究し、その構造を特定する。これはエントロピー面積則による特徴づけを超えたより一般的なものであり、昨年度得たモデルが自然と導かれるかどうかを検証したい。また、Wheeler-De Witt方程式を用いた有効理論の研究も実行したい。現象論としては、重力波を考えてみたい。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
