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 2022)
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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 |
ブラックホールが有限のエントロピーをもつ量子多体系であるならば、それは古典力学に基づくホライズンの存在ではなく、量子的性質である「エントロピーがその表面積で測られること（Bekenstein-Hawking公式）」によって、より物理的に特徴づけられるべきだろう。本年度は、エントロピーがBekenstein-Hawking公式に従い、かつ、半古典的Einstein方程式の解となる内部配位を直接的に構成した。重要な点は、エントロピーを担う励起した量子の自己重力を考慮することである。そのような量子が動径方向に一様に分布し半古典的に最大の重力を持つ場合を考え、そのエントロピーを評価する。それが面積則に比例する条件から一意的に内部時空が定まる。それはPlanckスケールに近い曲率を持ち、ホライズンの代わりに表面を持つ、高密度な配位である。実際にそれは半古典的Einstein方程式のプランク定数について非摂動的な解であることをself-consistentに証明できる。その時空上で半古典的自由度の振る舞いを調べると、内部で粒子生成が生じ、動径方向に関してPlanck温度くらいで局所平衡になっていることがわかる。熱力学関係式からエントロピー密度を評価し、内部に渡り体積積分すると、Bekenstein-Hawking公式が厳密に任意の種類の自由度に対して再現される。ここで強い自己重力がエントロピー体積則を面積則に変えている。
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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
「エントロピー面積則と整合的な内部の時空構造はどんなものか？」という素朴だが直接的な問いに、一様性という仮定の下ではあるが、真っすぐ答えられたのは大きい。事実今回の結果は、情報を担う自由度はBulkにあるが、その自己重力により情報量はBoundary面積に比例することを直接示しており、それはホログラフィ原理や量子重力的自由度の理解に寄与するだろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
今度は「最大のエントロピーをもつ時空領域はどんなものか？」という問題を考えることにより、今回得られた結果の有効性を調べ、エントロピー面積則の本質をより深く理解したい。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
