Information loss in black holes and the unitarity of quantum mechanics

Abstract

The quantum theory of fields in curved space-times is the most solid framework for studying the interplay between gravity and quantum mechanics in the absence of a complete theory of quantum gravity. In this scenario, one problem that has drawn much attention from the theoretical physics community in the last decades is the so-called “black hole information loss paradox”, where the evolution from an initial pure quantum state to a final mixed quantum state would constitute a violation of the laws of quantum mechanics. In this dissertation we argue that information loss does not violate quantum mechanics, being simply a consequence of the semi-classical framework adopted and that the question of information recovery needs to be addressed by a yet unknown theory of quantum gravity.

A teoria quântica de campos em espaços-tempos curvos é o arcabouço teórico mais sólido que temos para estudar a interação entre gravitação e mecânica quântica na ausência de uma teoria completa de gravitação quântica. Neste contexto, um problema que atraiu muita atenção dos físicos teóricos nas últimas décadas é o chamado “paradoxo da perda de informação em buracos negros”, onde a evolução de um estado quântico puro inicial para um estado quântico misto final caracterizaria uma violação das leis da mecânica quântica. Nesta dissertação nós argumentamos que a perda de informação em si não viola as leis da mecânica quântica e é consequência direta da teoria semi-clássica utilizada. Finalmente, argumentamos que a questão da recuperação da informação deve ser tratada utilizando-se uma teoria de gravitação quântica ainda desconhecida.