今日76歳で亡くなった有名な英国の物理学者スティーブン・ホーキングは、理論物理学の重要な問題について同僚と定期的に友好的な賭けに参加する、一種の賭け屋でした. 「スティーブンと私が初めて会ったとき、彼は無礼に扱われることを喜ぶだろうと感じました」と、カリフォルニア工科大学の物理学者であるジョン・プレスキルは今日、ツイッターで書いた。 「ですから、科学的な議論の最中に、『なんでそんなことを確信しているのですか、知ってる人？>
そして、彼らがしたに違いない。 1991 年、ホーキング博士とキップ ソーン博士は、ブラック ホールに落ちた情報は破壊され、二度と取り戻せないとプレスキル氏に賭けました。ブラック ホール情報のパラドックスと呼ばれるこの見通しは、ホーキング博士が 1974 年に発見した画期的なブラック ホール (特異点として知られる中心点に向かって時空が急激に曲がる避けられない重力の領域) に基づいています。ホーキング博士は、ブラック ホールが真の黒ではないことを示しました。量子の不確実性により、「ホーキング放射」と呼ばれる少量の熱が放射されます。それらはその過程で質量を失い、最終的に蒸発します。この蒸発はパラドックスにつながります。ブラック ホールに落ちたものはすべて一見永遠に失われ、「単一性」に違反します。これは量子力学の中心的な原則であり、現在は過去に関する情報を常に保持するというものです。
ホーキングとソーンは、ブラック ホールから放出される放射線は、原理的にも、ブラック ホールに何が落ちたのかについての有用な情報を取得するにはあまりにも絶望的であると主張しました。プレスキルは、物理学者がこれがどのように発生するかの背後にあるメカニズムを理解するには、おそらく量子重力の完全な理論が必要であるにもかかわらず、情報が何らかの形でブラックホールから逃れることに賭けています.
物理学者は、2004 年にブラック ホールの相補性の概念によってこのパラドックスを解決したと考えていました。この提案によれば、ブラック ホールのイベント ホライズンを横切る情報は、反射して内部を通過し、決して逃げることはありません。単一の観測者がブラック ホールの地平線の内側と外側の両方にいることはできないため、両方の状況を同時に目撃することはできず、矛盾は生じません。議論は、ホーキングに賭けを認めさせるのに十分だった。 2004 年 7 月にアイルランドのダブリンで開催された講演で、彼は Preskill に Total Baseball:The Ultimate Baseball Encyclopedia の第 8 版を紹介しました。 、「そこから自由に情報を取得できます。」
しかし、ソーンは認めることを拒否し、そうすることが正しかったようです。 2012 年、このパラドックスに新たなひねりが加えられました。情報がブラック ホールからどのように出てくるかを正確に説明した人は誰もいなかったが、特定のメカニズムがなかったことから、ジョセフ ポルチンスキーと 3 人の同僚はこの問題を再検討するようになった。従来の通念は、誰かが事象の地平線を通過すると、極度の重力によってゆっくりと引き離され、特異点に向かって落下すると長い間考えられていました.ポルチンスキーと彼の共著者は、代わりに、落下している観測者は事象の地平線で文字通りの火の壁に遭遇し、特異点に近づく前に燃え尽きると主張した.
ファイアウォール パズルの中心には、3 つの基本的な前提条件の矛盾があります。 1 つ目は、アルバート アインシュタインの一般相対性理論の等価原理です。重力による加速度とロケットの加速度には違いがないため、アリスという名前の宇宙飛行士は、ブラック ホールの地平線を横切るときに何も違和感を感じないはずです。 2 つ目は、情報が破壊されないことを意味する統一性です。最後に、空間内の特定のポイントで発生したイベントは近くのポイントにのみ影響を与えることができるという局所性があります。これは、物理法則がブラック ホール内のある時点 (特異点または事象の地平線) で崩壊したとしても、ブラック ホールから遠く離れた場所で期待どおりに機能するはずであることを意味します。
パラドックスを解決するには、3 つの公準のうちの 1 つを犠牲にする必要があり、誰が斧を手に入れるかについて誰も同意できません。最も簡単な解決策は、等価原理を事象の地平線で崩壊させ、それによってファイアウォールを発生させることです。しかし、その後の数年間で、他のいくつかの可能な解決策が提案されました.
たとえば、ファイアウォールに関する論文が発表される数年前、オハイオ州立大学の弦理論学者であるサミール・マチュールは、ブラック ホールのファズボールの概念について同様の問題を提起しました。ファズボールは、従来のブラック ホールのような空の穴ではありません。それらはひも（ひも理論の一種）でいっぱいに詰め込まれており、星や惑星のような表面を持っています。それらはまた、放射の形で熱を放出します。マチュールが発見したその放射線のスペクトルは、ホーキング放射線の予測と正確に一致しています。彼の「ファズボール予想」は、パラドックスを幻想であると宣言することで解決します。事象の地平線がない場合、どうして情報が事象の地平線を超えて失われるのでしょうか?
ホーキング自身も、2014 年 1 月下旬に科学プレプリント サイト arxiv.org に投稿された 2 ページの方程式のない論文を通じて、同様の方針に沿ってファイアウォールの議論に加担しました。先春の小会議。彼は、事象の地平線の再考を提案しました。空には何も逃げられない明確な線の代わりに、彼は「見かけの地平線」があるかもしれないと示唆しました。情報は、その地平線の背後に一時的に閉じ込められるだけです。情報は最終的には漏れますが、解釈できないほどごちゃごちゃした形になっています。彼は、この作業を天気予報になぞらえました。「数日以上先の天気を予測することはできません。」
2013 年、それぞれスタンフォード大学と高等研究所の理論物理学者である Leonard Susskind と Juan Maldacena は、「ER =EPR」と名付けた局所性を保存するための急進的な試みを行いました。この考えによれば、私たちが時空の遠い点だと思っているものは、結局それほど遠くないのかもしれません。おそらく、絡み合いは、一見離れた点を接続する目に見えない微視的なワームホールを作成します。タコのような形をしたこのようなワームホールは、ブラック ホールの内部を直接ホーキング放射に結び付けます。そのため、穴の中にまだある粒子は、ずっと前に逃げ出した粒子に直接接続され、情報が通過する必要がなくなります。事象の地平線。
物理学者は、これらの提案された解決策のいずれについてもまだコンセンサスに達していません。彼の研究が最初にそれを示唆してから何十年もの間、彼らがブラックホール情報のパラドックスについて議論し続けていることは、ホーキングのユニークな天才へのオマージュです.
