Black hole information loss issue and the global hyperbolicity of spacetimes

Abstract

In the absence of a quantum theory of gravity, quantum field theory in curved spacetimes provides the most solid framework to study the interplay between gravity and quantum mechanics. One of the most striking consequences of this theory is the Hawking effect. In this scenario, the fade of black holes is its complete evaporation due to the emission of thermal radiation. As a consequence, a pure state of a quantum field prepared in the asymptotic past that collapses in a black hole will evolve into a mixed state in the asymptotic future, violating unitarity. This is the so-called ``black hole information loss paradox''. In this dissertation, we argue that, far from paradoxical, the information loss is a prediction of quantum field theory in curved spacetimes and not a violation. In addition, we address the problem of how to conciliate the unitary evolution of a quantum field and the Hawking effect without relying on a specific quantum gravity model.

Na ausência de uma teoria quântica de gravitação, a teoria quântica de campos em espaços-tempos curvos fornece o arcabouço mais sólido para estudarmos a interação entre gravidade e mecânica quântica. Uma das consequências mais marcantes dessa teoria é o efeito Hawking. Neste contexto, buracos negros iriam evaporar completamente devido à emissão de radiação térmica. Como consequência, um estado puro de um campo quântico preparado no passado assintótico que colapsasse em um buraco negro evoluiria para um estado misto no futuro assintótico, violando unitariedade. Este é o chamado "paradoxo da perda de informação em buracos negros". Nesta dissertação, argumentamos que, longe de ser paradoxal, a perda de informação é uma previsão da teoria quântica de campos em espaços-tempos curvos e não uma violação da mesma. Além disso, abordamos o problema de como conciliar a evolução unitária de um campo quântico com o efeito Hawking sem depender de um modelo específico de gravitação quântica.