| 研究課題/領域番号 |
21K13930
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 京都大学 (2022-2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2021) |
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研究代表者 |
後藤 郁夏人 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(CPD) (50845823)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 量子重力 / ブラックホール / ホログラフィー / ホログラフィー原理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的はブラックホールの情報問題の理解に関する近年の進展を手がかりとしながら、量子重力において時空の幾何学が如何にして量子論的自由度から量子力学の基本性質と矛盾しない形で立ち現れるのかを理解することである。蒸発するブラックホール内部の情報を外部に運び出すHawking放射の密度行列を決定し、その情報からブラックホール内部の量子状態を解析する。特にHawking放射の量子論的自由度から創発するブラックホール内部の時空の性質がいかに量子論の基本的性質と両立を果たしているか研究し、ブラックホールの情報問題が問いかける量子重力の大きな謎の理解を目指す。
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| 研究実績の概要 |
一般相対性理論（古典重力理論）及び量子力学が確立し現在まで１００年間、それらを融合し量子重力理論として統一的に理解しようと多大な労力と年月が費やされてきた。一般相対性理論では時空の幾何学が重力を記述し、異なる観測者から見た物理を等価原理として美しくまとめ上げていた。古典重力では初めからその存在が前提とされてきた時空の概念は、量子重力理論では量子論的自由度から立ち現れる(創発する)べきものである。本研究の目的はブラックホールの情報問題の理解に関する近年の進展を手がかりとしながら、量子重力において時空の幾何学が如何にして量子論的自由度から量子力学の基本性質と矛盾しない形で立ち現れるのかを理解することである。本年度はホログラフィー原理のもと、蒸発するブラックホールをモデル化するため、ブラックホールの存在する時空に空間的不均質でダイナミックな変形が生じる状況を考えた。相互情報量を用いてその量子情報論的性質、時空構造の時間的変化を解析した。特に本研究で解析した特定の種類の空間的不均質な時空変形の場合には、時空の特殊なダイナミクスによって、一度、量子情報のスクランブリング効果によって相互情報が完全に破壊された後に、最初に有していた量子もつれ状態が再び回復し、量子情報のスクランブリングが抑えられることが見出された(PhysRevB.109.054301)。これは通常の熱的状態にあるブラックホールでは見られない新たな量子ダイナミクスであ理、ブラックホールの情報回復機構に大きなヒントを与えるものである。このダイナミクスをさらにイジングスピン鎖を用いて詳細に解析し、変調エネルギー密度が小さい空間領域で量子情報の拡散が抑えられる一方、変調エネルギー密度が大きい領域では量子情報のスクランブルが加速されることを見出した(Phys.Rev.Res. 6 (2024) 2, 023001)。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、蒸発するブラックホールをモデル化した、ブラックホールの存在する時空に空間的不均質でダイナミックな変形が生じる状況を考えた。最終的に計画している蒸発するブラックホールを直接解析する上で必要な解析を行えた点で、概ね順調に進展したと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度はブラックホール蒸発の簡単なモデルとして空間的不均質な時空変形をブラックホールに施した状況を考えた。今後はブラックホールの蒸発が実際に起こる状況下に解析を一般化させ、ブラックホール情報回復のメカニズムを探る。
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