【宇宙】ブラックホールに抜け穴　～物質の情報漏れ、新説注目～

2021年7月3日 2:00

一度入ったら何者も抜け出せないとされるブラックホールだが、最近、吸い込まれた物質の情報が外に出てくるとの有力仮説が注目を集めている。
車いすの物理学者として知られたスティーブン・ホーキング博士が世を去って3年が過ぎ、博士が半世紀前に巻き起こしたブラックホールの情報にまつわる大論争は新たな局面を迎えている。

「ブラックホールはその一生の半ばあたりで、内部に大きな変化が起きるようだ」。今回の仮説に重要な...

https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC18BRB0Y1A610C2000000/

「ブラックホールはその一生の半ばあたりで、内部に大きな変化が起きるようだ」。
今回の仮説に重要な貢献をしている京都大学基礎物理学研究所の高柳匡教授はこう話す。

ブラックホールの内部は外の世界と隔絶しているが、最新の理論研究によると、そこに
「アイランド」と呼ばれる泡のような構造が生じる。泡の内部は外の世界と直接つながって
いて、このルートを介してブラックホールの中の情報が光に乗る形で流出するというシナリオだ。

「これまでの物理学の常識からすれば、ブラックホールの内と外はつながらないはずだが、
それがつながってしまう」と高柳教授は話す。アイランド仮説の研究は始まったばかりで、
流出した情報をどうすれば読み解けるのかなどは今後の課題だ。

発端はホーキング博士だった。物理学には2つの柱となる理論がある。重力を扱う相対性理論と
微小世界での物質の振る舞いを説明する量子力学だ。博士は半世紀前、相対性理論から導き
出されるブラックホールに量子力学を組み込むと、どんなことが起きるのか理論的に探った。

その結果、量子力学の作用で、ブラックホールのすぐ外側の宇宙空間で光が生み出され、外に
向かって放射されることを突き止めた。この光を「ホーキング放射」という。ブラックホールは
ホーキング放射を続けることで次第に小さくなり、最後には蒸発する。

当時、ブラックホールの周囲から光が放射され、ブラックホールが蒸発するとは思われて
いなかったため、世界の物理学者は驚いたが、同時に困惑もした。

ブラックホールが蒸発すると、中に入っていた物質も消滅する。そうなると物質を構成する
原子の種類や原子の配列などの情報も失われることになる。これは、いかなる場合も情報は
失われないという量子力学の原理と矛盾する。

この問題は「ブラックホールの情報パラドックス」と呼ばれ、「情報は失われる」と主張する
ホーキング博士と、「失われない」と考える米スタンフォード大学のレオナルド・サスキンド
教授ら世界の名だたる物理学者との間で大論争になった。

1990年代後半、相対性理論と量子力学を統合する「超弦理論」の研究が進展。ブラックホールが
蒸発しても情報は失われないことが確実視されるようになり、ホーキング博士も考えを改めた。
「ただ、どんなメカニズムで情報が保持されるのかは依然として謎だった」と高柳教授は話す。

それから約20年、高柳教授ら内外の理論家によって超弦理論の研究がさらに前進した結果、
問題解決のカギを握るホーキング放射に関する理解が深まり、アイランド仮説が提唱される
ことになった。

それによればブラックホールに入った物質の全情報は、ブラックホールが蒸発するまでに外部に
流出するので、情報は失われない。

実はアイランド仮説は各国が競って開発している量子コンピューターの基礎となる量子情報科学と
「強い結びつきがある」（高柳教授）。

量子情報科学は米国が国家戦略として推進するなど各国が力を入れている。この分野が発展
することで、アイランド仮説の研究に弾みがつくと考えられている。

ブラックホールについては従来、理論研究が先行していたが、天文観測技術が進歩して
ブラックホールが撮影され、ブラックホール同士の衝突で生じる重力波が検出されるなど
データが蓄積している。今後は理論を観測によってチェックできるようになり、ブラック
ホールの情報パラドックスについて、より充実した議論ができるようになる。

ブラックホールに対する私たちの見方は近い将来、大きく変わることになりそうだ。

＞1990年代後半、相対性理論と量子力学を統合する「超弦理論」の研究が進展。ブラックホールが
蒸発しても情報は失われないことが確実視されるようになり、ホーキング博士も考えを改めた。＜

天才と言えど、自らの誤りを認めた点は、偉い。

相対論に量子論を単純に接ぎ木すると、物凄い理論を作れる

ただし、接ぎ木した部分がすぐに腐って融合できない

そんなに理解しにくく難しい理論が必要なのか？
物質がブラックホールに落ちると、物質の位置エネルギーが
熱に変わりブラックホール内に熱が溜まる
ブラックホールからは光も出ないし熱も赤外線として出ないが
熱が溜まり、高温になり膨張する

自重による圧縮は限界があるが、熱による膨張は続く
圧縮＜膨張　で特異点を超えたら熱は赤外線として放出されるし、
そこまで高エネルギーのブラックホールが別の高エネルギーブラックホールと
高速で衝突すれば爆発して一気に熱エネルギーと物質が放出される
このでかい奴がビックバン