上述这些研究线索有两个共同特点:过去十年来进展显著加速,以及与量子信息科学和量子多体物理学之间的联系日益深入和核心。这些进展令人欣慰,但仍有许多未解之谜。边界系统中典型状态的本体对偶是什么?这与引发这些发展的防火墙悖论 [ 34 ] 有何关系?黑洞奇点的本质是什么?它在这一思想圈中扮演什么角色?这些想法如何超越 AdS 时空,尤其是延伸到类似于我们世界的宇宙学?黑洞各个微观状态的本体解释是什么?是否有可能在实验室中构建模型系统,让我们能够通过实验深入了解其中的一些问题?
时间反演性质与量子力学中蕴含的幺正理论相吻合,这一结果揭示了广义相对论与量子力学的不相容性,并导致了“信息悖论”。黑洞信息悖论已被列为本世纪十大物理难题之一,但物理学家们始终坚持信息永远不会丢失。二十多年后,Parikh和Wilczek建议将霍金辐射视为量子隧穿效应,并认为势垒由发射粒子自身的能量决定,因此粒子从黑洞辐射时满足能量守恒。他们用这种方法计算了粒子的修正辐射光谱
4 在经典极限中,拉伸的视界成为 Thorne 等人(1986 年)膜范式中的膜。5 参见(Banks,1995 年,第 9-11 页)。6 参见 Vickers(2013 年)中几个不一致但成功的科学理论的例子。我在此不对该书中提出的关于如何理解不一致科学的观点持立场。
在史瓦西坐标系中,坍缩壳层的经典演化过程中,史瓦西相对流与固有时间的关系实际上迫使我们将黑洞的形成解释为一个高度非局部的量子过程,在这个过程中,壳层/反壳层对在初始视界内产生,从而恰好在视界处抵消原始坍缩壳层。通过研究黑洞背景中的量子场,我们发现了类似的非局部效应。除其他外,霍金对中即将离去的成员会很快与黑洞几何结构纠缠(而不是其伙伴),这与通常的假设相反,即根据视界附近的局部几何结构,霍金对最大程度地纠缠。此外,下落的波甚至在穿过视界之前就会影响黑洞几何结构。最后,我们发现粒子需要有限的时间才能穿过黑洞视界,从而避免在视界处发生的有限蓝移和红移。这些发现有力地支持了黑洞作为宏观量子物体的图景。
摘要在本文中探讨了子系统在页面曲线中的共同信息所起的作用。与由黑洞和辐射组成的总系统以及岛上的包含,我们观察到,B +和B-之间的互信息消失了,这又意味着纠缠楔的断开相对应于B + b + b--,产生了乱七八糟的时间。这会导致与正确页面曲线一致的鹰辐射的细粒度熵的时间独立表达。我们还发现了以对数和反向幂定律形式的熵和页面时间的纠正。从重力理论的角度来看,信息损失悖论一直是最基本的问题之一[1,2]。对于蒸发的黑洞,已经表明,相对于观察者的时间,辐射单调的熵增加。但是,单一进化的过程要求在蒸发过程结束时这种熵消失。为此而言。在物质崩溃之前,全曲片上的量子场状态是纯净的,在黑洞蒸发后应保持相同。此外,页面曲线[3,4]描绘了辐射熵的时间依赖性。页面曲线有效地通过引入称为页面时间t p的时间尺度来解决信息丢失悖论的问题。根据页面曲线的信息损失悖论可以理解如下。霍金辐射的细粒度熵是由黑洞外部区域R上的量子场的von Neumann熵确定的。现在假设完整的cauchy片上的状态为纯状态,辐射s(r)= s(r c)的细粒熵,其中s(r c)可以理解为纤维粒的熵
摘要 随着信息任务的复杂性,二体和三体纠缠已经不能满足我们的需要,我们需要更多的纠缠粒子来处理相对论量子信息。本文研究了dilaton黑洞背景下Dirac场的真正N体纠缠和分布关系,给出了弯曲时空中所有物理上可及和不可及纠缠的一般解析表达式。我们发现,可及的N体纠缠随着黑洞dilaton的增加表现出不可逆的退相干,而不可及的N体纠缠则从零单调或非单调增加,取决于可及到不可及模式的相对数量,这与二体和三体纠缠中不可及纠缠只单调增加的情况形成了鲜明的对比。我们还发现了弯曲时空中可及和不可及的 N 部分纠缠之间的两种分布关系。这些结果让我们对霍金辐射有了新的认识。
令外部度量态 g(E) 发射量子 ri 的振幅为 α(E,ri)。这个振幅必须近似于质量为 E 的黑洞的半经典霍金振幅。在领先的近似中,振幅是热发射的振幅,但在次领先的阶(即,对于[8]中计算的扰动修正,为 ∼ S − k ;对于非扰动效应,为 exp − S ,其中 S 是黑洞熵),将出现对 (E,ri) 的额外依赖性。这些修正可能依赖于黑洞的内部状态,这是量子毛发的结果。已经证明,即使像 exp − S 这样小的修正也可以净化最大程度混合的霍金态(即可以扰动辐射密度矩阵 ρ 使得 tr ρ2 = 1),因为希尔伯特空间的维数 (∼ exp S) 非常大 [4]。
黑洞因其时间演化和信息处理而被认为是例外。然而,最近有人提出,这些属性对于达到幺正性所允许的最大熵的物体(即所谓的饱和子)是通用的。在本文中,我们在可重整化的 SU ð N Þ 不变理论中验证了这种联系。我们表明,该理论的光谱包含一个代表 SU ð N Þ Goldstone 束缚态的气泡塔。尽管没有引力,饱和束缚态仍与黑洞表现出惊人的对应关系:其熵由贝肯斯坦-霍金公式给出;半经典地,气泡以等于其半径倒数的温度的热速率蒸发;信息检索时间等于佩奇时间。对应关系通过庞加莱 Goldstone 的跨理论实体。黑洞 - 饱和子对应关系对黑洞物理学具有重要意义,包括基础和观测意义。
我们研究 CFT 和黑洞中纠缠的结构和动力学。我们使用局部纠缠度量,即纠缠轮廓,它是冯·诺依曼熵的空间密度函数,具有一些附加属性。纠缠轮廓可以在许多 1 + 1d 凝聚态系统和黑洞蒸发的简单模型中计算。我们计算了由分裂淬灭激发的状态的纠缠轮廓,并找到了 2d CFT 中低能非平衡态纠缠轮廓的通用结果。我们还计算了与极值 AdS 2 黑洞耦合的非重力浴的轮廓,并发现由于岛相变,轮廓在浴内仅具有有限的支撑。我们使用的特定纠缠轮廓方案量化了通过与条件互信息的连接,从边缘重建浴状态的程度,而消失的轮廓则反映了对块岛区域免受边界状态擦除的保护。
黑洞是量子引力中令人着迷的物体。从相当平凡的初始条件(如坍缩的恒星)开始,大自然能够产生一种将短距离涨落放大到宏观尺寸的几何形状。这种时空的“拉伸”绕过了高能物理与低能物理的威尔逊解耦,使普朗克尺度动力学的深层问题与低能(思想)实验相关。1 事实上,在一对非凡的经典论文 [ 1 , 2 ] 中,斯蒂芬霍金首先论证了这种涨落的拉伸会导致黑洞蒸发,其次认为蒸发过程不符合纯态总是演化为其他纯态的量子力学原理。这个结论通常被称为黑洞信息问题,在霍金发表论文后的近 40 年里,它引发了大量的研究。信息真的丢失了吗?如果没有,那么阻止信息丢失的普朗克干涉的本质是什么?这些问题已经取得了重大进展,但最近的研究强调了我们仍然没有令人满意的答案。这些讲座的目的首先是尽可能多地介绍用于制定和分析这些问题的技术,其次是概述导致最近该主题研究激增的新悖论。我还将讨论一些为解决悖论而提出的建议,但我绝不会进行全面的回顾;我一直尽力将教学法置于完整性之上。当然,在目前如此混乱的领域,我对应该包括哪些材料的看法会有些特殊。一般来说,我试图给出或至少概述事物的“真实”论据。当主题的基础像这里一样受到质疑时,我认为应该尽可能避免草率的逻辑。偶尔,材料的某些细节是新的,但我不会试图引起人们对其的注意,因为这会很尴尬和乏味,而且无论如何,我的“改进”大多是表面的。