2024-03-27(On the non-perturbative bulk Hilbert space of JT gravity II)

之前我们是通过计算虫洞的长度来间接判断火墙是否存在。原理就是,虫洞的长度变化会对两个对撞粒子的能量施加红移或者蓝移,这样通过计算虫洞长度的变化情况就可以推测碰撞的激烈程度。当然我们也可以更直接地计算两个粒子的碰撞能量,这就要考虑JT+matter 理论。如何引入matter是一个技术问题,如何加入非微扰的贡献和之前pure gravity的情况一模一样。

关于JT引力,一个特点是,它的爱因斯坦方程(R+\Lambda)=0 是来自对dilaton的变分,所以如果物质场不与dilaton直接couple的话,这个方程不会改变,这时候物质场就是可以看成一个定义在AdS_2 固定时空里的量子场论。所以他的Hilbert space 就完全由时空对称性的幺正表示来描述:
\mathcal{H}^{\text{matter}}=\oplus \mathcal{D}_\Delta,
这里参数\Delta用来指代SL(2,R)的不同不可约表述。再加上pure JT gravity的一个自由度,理论总的Hilbert 空间就是 \mathcal{H}_0=L^2(R)\otimes \mathcal{H}^{\text{matter}}, 所以一个state可以表示为
|\Delta;\ell,m\rangle \tag{1}
下面我们就需要研究higher genus贡献对这个Hilbert空间的影响。我们还是期待,能谱会从连续的变为离散的,只不过这时有两个能谱(E_L,E_R)。原因是在左右两个边界上对应的能量不同。另外一个想法是,如果要确定一个粒子在时空中的位置,我们需要同时知道这个粒子分别到左右两个边界的距离(\ell_L,\ell_R)

通过Reeh-Schlieder定理可以知道,可以通过在AdS_2的边界附近插入算符来构造所有的state。也就是说所有的态都可以通过一个TFD-with-operator的state+Euclidean path integral来制备:
|\Delta;\tau_L,\tau_R\rangle\sim \int dE_L dE_R \rho_0(E_L)\rho_0(E_R)e^{-\tau_L E_L-\tau_R E_R}|\Delta;E_L,E_R\rangle

想要和一般的state (1) 联系起来,我们还需要一个概率振幅:
|\Delta;E_L,E_R\rangle=\sum_m \int d\ell \phi_{E_L,E_R}^\Delta(\ell,m)|\Delta;\ell,m\rangle \tag{2}

在state (1)里,指标\Delta 代表物质场的种类,指标m是离散的,与波函数的S^1周期性相关(注意在欧式时空里我们的物质场是定义在一个disk上面。),所以我们可以做一个“傅里叶变换” 得到新的state
|\Delta;\ell,m\rangle \rightarrow |\Delta;\ell,u\rangle \tag{3}
这里u是一个连续变量,可以理解为插入的算符在边界的位置,这样state (3) 就有了一个比较清楚的几何意义,并且Hamiltonian可以写成一个微分算符的形式。引入这组state的好处是,我们可以直接利用路径积分求出概率振幅\phi_{E_L,E_R}^\Delta 。现在我们已经准备好了:像之前一样找到了能谱基和“几何量”基(方便做路径积分)直接的关系,非微扰的效果就是和之前一样把能谱变成离散的随机变量。这时这组基(1)不再正交,在上面对应的所有算符,也不再well-define,需要用对角近似。最后,碰撞能量是什么呢?其实是(Casimir):
\hat{C}=\sum_\Delta\sum_m \int d\ell \Delta(\Delta-1)|\Delta,\ell,m\rangle\langle\Delta,\ell,m|

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