Trattoria Il Delfino

理論物理学者は、ブラックホールの「情報のパラドックス」に対する解決策を見出したかもしれない--ブラックホールの特異点が時空において無限に密な点でないとしたら？
イアン・オニール著

2014年2月12日午後3時04分公開

ブラックホールは厄介な天体です。宇宙がどのように機能しているかについての我々の日常的な理解を覆すだけでなく、最も複雑な数学的モデルさえも混乱させるのです。科学者たちは、ブラックホールを「重力の巨人」と呼び、時空を大きく歪め、「事象の地平線」と呼ばれる周囲の境界線から光さえも抜け出せなくすると表現している。しかし、その内部はどうなっているのだろうか？事象の地平線を越えてしまえば，日常の物理学は通用しないのだ。

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この恐ろしく不満足な説明は、ここ数ヶ月、深刻な物理学の対立が公の場に登場したことで、打ちのめされました。ブラックホールの事象の地平線の内側で何が起こっているのか、実は理論的な大炎上を引き起こしているのですが、今回、2人の理論物理学者が、量子力学と重力を結びつけ、厄介な "ファイアウォール "を消滅させ、"情報のパラドックス "の解決法を発見するかもしれないという新しい考えを提案しました。

燃えるブラックホールの簡単な歴史

1月、イギリスの物理学のスーパースター、スティーブン・ホーキング博士は、"ブラックホールは存在しない "と宣言する短い論文を発表した。もちろん、ホーキング博士はブラックホールが存在しないと言ったのではなく、ブラックホールの事象の地平線の物理学に少し手を加える必要があると言ったのである。

この問題の根源は、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のジョセフ・ポルチンスキーと彼のチームによる2012年の研究発表にある。ブラックホールが情報を破壊するかどうかという難問に取り組んだところ、もしブラックホールが本当に情報を破壊せず（ホーキング博士自身が不本意ながらそう主張している）、蒸発するブラックホールからホーキング放射によって情報が逃げ出すとしたら、事象の地平線のすぐ内側には "ファイアウォール "と呼ばれる猛火があるはずだということがわかったのである。

そして、ここにパラドックスがある。ブラックホールを一般相対性理論が支配する天体としてとらえた場合、不幸な宇宙飛行士が事象の地平線を越えて引きずり込まれても、何の異常もなく（「ノードラマ」）、そのままブラックホールに流れ込み、最終的には強烈な潮汐力で「スパゲッティ」化されてしまう。しかし、ブラックホールを量子力学の支配する天体としてとらえ、情報を保存しているとすれば、その宇宙飛行士はポルチンスキーのファイアウォールによって直ちに焼却されてしまう（「ノードラマ」の対極にある）。この2つの理論は、一般相対性理論と量子力学の相性に対する我々の不安の高まりを示すものであり、ブラックホールはその戦いの最前線となっているのだ。

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そこでホーキング博士は先月、理論物理学者が考えているような、ブラックホールの事象の地平面は明確な境界ではないのではないか、という解決策を発表した（未発表）。おそらく、事象の地平線は「見かけの地平線」に置き換えられるべきで、事象の地平線の内側にある情報のカオス的な混乱がもたらす結果なのだ。しかし、「arXiv」のプレプリントサービスに投稿された新しい論文（未発表）の中で、2人の理論物理学者が別のアイデアを提示しています。

特異点ではない

従来のブラックホール観では、ブラックホールは特異点と事象の地平面という2つの重要な要素で構成されていると考えられていました。特異点と事象の地平線の2つで、それ以外は細部に過ぎない。事象の地平線とは、特異点からの距離で、重力が強すぎて光さえも抜け出せなくなる場所のことです。特異点は、ブラックホールのすべての物質が集中する無限に密な点である。しかし、特異点では、重力によって生じる内向きの力に対抗できるような量子構造は存在しないと仮定されている。

ここで問題が発覚しましたか？そう、ブラックホールは再び、量子力学と重力の戦いの場となったのだ。