2020 Fiscal Year Research-status Report
物質と重力のダイナミクスに基づく蒸発するブラックホールの場の理論的定式化
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18K13550
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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) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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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 / 高階微分相互作用 / 低エネルギー有効理論 / 情報問題 / ホーキング輻射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
情報の回復の仕方を調べるために、蒸発するブラックホールにおける物質場の振る舞いを２つの観点から解析した。
(1)従来の考えでは、重力崩壊するとホライズンをもつブラックホールができ、それがホーキング輻射をすることにより、蒸発するブラックホールは閉じた補足面内部領域として記述される。もちろん、その補足面近傍の曲率は小さい。この際、崩壊物質と共に落下する観測者は、等価原理により、真空の励起を受けず何も感じないと考えられている。ところで、一般に高階微分相互作用は、等価原理を壊し、また低エネルギー有効理論の作用の中に（平坦時空では効かないが）必ず現れる。そこで、このような繰り込み不可能な相互作用が蒸発するブラックホール近傍でどのような物理的効果を持ちうるかを調べた。すると、あるクラスの高階微分相互作用により、Unruh真空から（落下する人から測って）高エネルギーの粒子が、重力崩壊からscrambling time後に、生成されることが分かった。これは補足面が firewallに遷移したことを意味する。この結果は量子論におけるブラックホールの描像を積極的に考え直させるものである。[arXiv: 2004.04956]
(2)今度は、半古典的アインシュタイン方程式のSelf-consistent解として、蒸発するブラックホールの内部を記述する計量を考える。それはホライズンも特異点もない高密度な物体として量子ブラックホールを表すものである。その計量上で、やってきた崩壊物質を成すモードが、生成されて外に向かっていくホーキング輻射と、高階微分相互作用を通して散乱する確率を計算した。すると、大きく変化するConformal factorのせいで、用意された漸近的状態の波束の拡がりに依存して、散乱が激しくなることがわかった。これは崩壊物質のもつ情報が直接外に出ていく可能性を示唆しているものである。
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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
情報問題の解決にとって本質的な課題は、崩壊物質のもつ情報がどのように時間発展するのかを理解することである。その１つの方法は、その物質を成すモードとホーキング輻射を成す真空のモードの間の直接相互作用を議論することである。実際、エネルギースケールがプランクに近い場合、そのような相互作用が存在するのは自然である。今年度の研究成果により、相互作用の効果が顕著に現れ、今後のより精密な解析に向けた基礎が固まったと言える。また、高階微分相互作用が従来のホライズン描像を劇的に変えたこと（Firewallの発生）は、ブラックホール近傍及び内部の有効場理論的記述の1つの大きなヒントを与えているだろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
A）結果(2)を推し進めて、改めてSelf-consistent内部計量上で自由スカラー場の時間発展を可能な限り厳密に調べ、自由場として外部に自然と出てくるのか、それとも何かしらの物質場同士の相互作用がないと出てこられないのかどうかを判断したい。
B) 結果(1)の方向では、ホライズンを持つブラックホール近傍でどのように有効場理論が壊れるのかをより精密に調べ、どのような有効場理論ならばその領域を記述できるのかを明らかにしたい。
C)相補的アプローチとして、重力のダイナミクスがどのようにブラックホールのエントロピーに寄与しているのかを、半古典的アインシュタイン方程式とユークリッド量子重力の立場から調べたい。
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| Causes of Carryover |
理由：コロナ禍により、予定していた海外出張が中止になったため。
使用計画：可能な範囲で国内出張を行うと共に、リモート議論をするためのPC周辺機器を整備する。
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Research Products
(8 results)
