先月、物理学者のチームが Nature で報告しました スティーブン・ホーキングが研究で有名な目に見えない球体について予測したように、光を閉じ込めるブラックホールに類似した音を閉じ込める流体は、特徴のないエネルギーのスペクトルを放射します。しかし、このブラック ホールの音の類似物が実際の種類について何を明らかにするかについては、意見が分かれています。例えば、最近、初の写真のシルエットで見られたものなどです。
問題は、イスラエルの研究所にあるルビジウム原子の流体と、巨大な星が燃料を使い果たして内部に崩壊するときに最も頻繁に作成される神秘的な天体物理学の深淵との間の奇妙な類推をどのように解釈するかです.
一部の哲学者や物理学者は、この新しい発見は、量子情報がブラック ホールを逃れるかどうか、またはどのように逃れるかについての 45 年間の深遠な謎であるブラック ホール情報のパラドックスに顕著な影響を与えると主張しています。他の人は、流体実験を、ブラック ホールやその中心的な謎について何も語っていない面白いデモと見なしています。
このパラドックスは、ブラック ホールは真の黒ではないというホーキング博士の 1974 年の洞察から生まれました。その黒く見える球形の「事象の地平線」は、その重力が非常に強いため、光線でさえも抜け出せない付近を示しています。しかし、ホーキング博士は、事象の地平線における時空構造は、粒子と反粒子のペアが真空から自発的に飛び出す「量子ゆらぎ」を経験すると推論しました。通常、これらの相反するものは即座に消滅し、宇宙の予算からつかの間借りたエネルギーを返します。しかし、ブラック ホールの事象の地平線の両側で実体化する粒子と反粒子は引き離されます。
ホーキング博士は、「ホーキング放射」として地平線から放射する新しい粒子の永続的な作成において、真空からエネルギーが盗まれることを認識しました。その共犯者は落下し、負のエネルギーをブラックホールに運びます。ブラック ホールは、言い換えると、放射するときにエネルギーを失います。それらはゆっくりと蒸発して収縮し、最終的には完全に消えます。
問題は、ホーキングの計算によると、ブラック ホールの放射はランダムであり、特徴のない「熱」エネルギー スペクトルを持ち、ブラック ホールやその中で形成または落下したものに関する情報を持たないことです。これは、蒸発するブラック ホールが情報を破壊することを意味します。これは、量子力学では許されません。量子数学は、情報が決して失われないという前提に依存しています。粒子がシャッフルして変化するにつれて、過去の記録は常に現在と未来にエンコードされたままになります。理論的には、時間を巻き戻すことで、燃えた本を灰から再現することができます.
ホーキング放射が発見されてから数十年、情報のパラドックスが自然をより深く理解するための探求を促してきました。今日の物理学者は、ブラック ホールの情報が保存されていると広く信じています。つまり、重力の量子的性質が、過去の記録で発信するホーキング放射を暗号化する方法で、何らかの形で事象の地平線を変更する (そしてホーキングの計算を修正する) と信じています。問題は、ブラック ホールの情報がどのように出てくるかです。
何年も前に、理論物理学者のビル・アンルーは、ブラックホールの地平線に関するホーキングの洞察は「音速の地平線」にも適用されるべきであると主張しました。これにより、ホーキングの数学を類推によってテストする可能性が高まり、実験室でブラック ホールの類似物を作成する競争が始まりました。最も成功した実践者である、イスラエルのハイファにある Technion の Jeff Steinhauer は、ルビジウム 87 原子の流体を超音速に加速することによって音の地平線を生成します。 2016 年、スタインハウアーはホーキング放射の音響類似体を検出したことで話題になりました。フォノンと呼ばれる音の量子単位は、音の地平線にまたがってペアで現れました。一方のフォノンは移動する流体に流され、もう一方のフォノンは上流に向かって戦って逃げます。
現在、この装置に対する 3 年間の改良により、「ホーキング博士の予測の定量的チェックが可能になりました」とスタインハウアー氏は述べています。彼の新しい論文で、彼と 3 人の共同研究者は、ホーキングがブラック ホールについて計算したように、彼らの音波放射には特徴がないことを報告しました。 「この発見は、情報のパラドックスに関するヒントを与えてくれます」と Steinhauer 氏は電子メールで述べています。 「スペクトルの熱形態は、ホーキング放射が情報を運んでいないことを示唆しています。したがって、情報のパラドックスを解決するには、別の場所に目を向ける必要があります。」
ほとんどの量子重力研究者はこの評価に同意しませんが、アナログ ブラック ホール実験に関心を持つようになった哲学者のグループは、シュタインハウアーが正しいと考えています。
重要な問題は、ブラック ホールの事象の地平線での時空を滑らかに扱えるかどうかです。 Hawking と Unruh は、実際のブラック ホールと音速のブラック ホールの研究において、量子ゆらぎが滑らかな背景で起こると仮定しました。ホーキング博士は計算の中で、事象の地平線における時空間構造の (未知の) 微視的特性を詳しく説明し、ウンルーも同様に音速ブラック ホール内の流体を滑らかなものとして扱い、その複合原子を無視しました。ほとんどの量子重力研究者が疑うのは、この「滑らかさの近似」です。彼らは、時空の量子スケールの特性が何らかの形でホーキング放射の情報をエンコードしていると考えています。
Steinhauer の新しい測定により、流体の場合、滑らかさの近似が機能することが確認されました。さらに、Unruh の理論的研究は、多様な微視的特性を持つ流体がマクロ スケールでも滑らかであり、特徴のない熱ホーキング放射を放出することを示唆しています。哲学者は、ホーキング放射の「普遍性」、つまりその堅牢性と媒質の細かな詳細に対する鈍感さは、滑らかさの近似が時空にも当てはまることを示唆していると主張しています。
「モデリングの仮定が音響のケースで間違った方向に導かないことが判明した場合、それは、普遍性の考慮に基づいて、ホーキングのケースで間違った方向に導かないと信じる十分な理由を与えると主張します。 」と、南フロリダ大学の科学哲学者であり、アナログ ブラック ホール実験に関する最近の研究の共著者であるエリック ウィンズバーグは述べています。言い換えれば、新しい結果は、「実際のブラック ホールの情報が失われるに違いない」可能性を高めます。
しかし、別の最近の論文で哲学者が議論した大きな落とし穴があります:滑らかさの近似が流体に対して普遍的に成り立つとしても、それは時空には成り立たないかもしれません。おそらく、Winsberg が述べたように、「時空が滑らかさから逸脱する可能性のある方法は、あなたの哲学で夢見ているよりも多くあります。」
たとえば、さまざまな思考実験やおもちゃの例は、時空がホログラフィックである可能性を示唆しています。これは、コンピュータ チップからビデオ ゲームの宇宙がどのように現れるかに似た、幾何学的な投影です。ブラック ホールの内部は、事象の地平線上にエンコードされた情報から投影されるホログラムである可能性があります。マサチューセッツ工科大学の量子重力理論家でブラック ホールの専門家であるダニエル ハーロウは、このようなシナリオでは、ホーキング放射のスペクトルに微妙な構造が追加されると予想されると述べています。放射は熱的に見えますが、「放射雲全体を量子コンピューターに送り込み、いくつかの高度なアルゴリズムを実行した場合」、意味のあるパターンが表示されます。
哲学者たちは、スタインハウアーの実験がブラック ホールの情報損失をより可能にする時空の量子スケールの特性の「強さを弱める」エキゾチックな可能性を認めています。
これは誰かの心を変えるでしょうか？ブリストル大学の物理学者で哲学者でもあるショーン・グリブ氏は、さまざまな当初の信念、証拠の要件、およびその他の要因が「科学者が行う推論の種類に大きな影響を与える可能性があります」と述べています。量子重力理論家は、情報の損失を信じている少数派がより自信を持っているとしても、情報はブラックホールを逃れるとほぼ確実に考え続けるでしょう.実際のブラック ホール放射を測定せずに — 実験の範囲を超えている — 専門家はどのように同意するでしょうか? 「これは、科学の哲学者たちが非常に長い間、明確な答えを探し求めてきた類の質問です」と Gryb は言いました。
この記事は Wired.com に転載され、スペイン語版は Investigacionyciencia.es に転載されました .
