宇宙のハード ドライブのように、ブラック ホールは大量のデータをコンパクトなスペースに詰め込みます。しかし、スティーブン・ホーキングが 1974 年に極度の重力のこれらの密集した球体が熱を放出して消え去ると計算して以来、それらに保存された情報の運命は物理学者を悩ませてきました.
問題はこれです:量子力学の法則は、ブラック ホールに落ちたものの記録を含め、過去に関する情報は決して失われないと主張しています。しかし、ホーキングの計算はこれと矛盾しています。彼は、量子力学とアルバート アインシュタインの重力理論の両方をブラック ホールの周囲の空間に適用し、量子ジッターによってブラック ホールが完全にランダムな放射を放出し、情報を持たないことを発見しました。これが起こると、ブラック ホールは縮小し、最終的には消えます。
しかし、その情報はそれとともに消えます。つまり、量子力学は間違っていますか?それとも問題はアインシュタインの理論にあるのでしょうか?選択を迫られると、多くの物理学者は量子法則を支持し、情報がブラック ホールの放射の中で何らかの形で漏れているのではないかと疑っています。情報がどのように外に出てくるかを理解することは、アインシュタインの理論を通り越して、より完全な量子重力理論への道を示すはずです。しかし、この「ブラック ホールの情報のパラドックス」に 45 年間取り組んできたにもかかわらず、ホーキング博士の計算の間違いを指摘した人は誰もいません。
しかし今、著名なブラックホール物理学者の何人かは、解決策に近づいているのではないかと考えています。研究者自身でさえ、最近の論文で調査した数学の物理的な意味を完全には把握していません。しかし、抽象的な数学的スレッドの中で、彼らと他の人々は、閉じ込められたデータの逃げ道であるブラック ホールの内部への橋の輪郭を見ています。彼らは、高次元からブラック ホールをスパイするための不完全に理解された技術を使用して、この隠された経路を突き止めました。
「これは魔法です」と、ニュージャージー州プリンストンにある高等研究所 (IAS) の物理学者で、最近の論文の共著者である Ahmed Almheiri は言いました。視点の変化が機能することを「証明する方法はわかっています」と彼は言いましたが、「なぜこれが起こっているのかを完全には理解していません」
カリフォルニア大学バークレー校の物理学者であり、情報のパラドックスの専門家である Raphael Bousso は、この新しい研究について、「私はそれを理解するために本当に一生懸命取り組んでいるので、十分に興味深いと思います」と述べています。
新しい開発の鍵となる次元ホッピング技術は、ホログラフィーとして知られています。平らなステッカーから飛び出すクレジット カードのホログラムと同じように、ブラック ホールのようなシステムは 2 つの等価な方法で見ることができます。ブラック ホールは、重力が非常に強い空間のボリュームであり、時空の構造は非常に急激に内側に曲がっているため、光でさえも抜け出せないというおなじみの見方があります。あるいは、ブラック ホールは、無重力のままの量子粒子の平面系からのホログラフィック投影と考えることができます。 1997 年に IAS の物理学者である Juan Maldacena がこの二重性を発見して以来、物理学者はこれらの補完的な角度から多くの謎を調べてきました。彼らは現在、ホログラフィック アプローチを使用して、ブラック ホールを通過する情報の流れを追跡しようとしています。
まず、5 月に発表された 2 つの論文では、ブラック ホールの情報内容が、物体の老化に伴ってどのように変化するかを分析しました。論文の 1 つで、Almheiri と共著者は、量子粒子の 1 次元系に相当する 2 次元の単純化された重力ブラック ホールを検討しました。彼らは、ブラックホールが物質を飲み込んで大きくなるにつれて、その情報量が増加することを最初に発見しました。しかし、その後、放射線がデータを吐き出すようになると、その情報量が減少し、ホーキングの説明から逸脱します。スタンフォード大学のジェフリー・ペニントンも独自に同様の結論に達しました。論文は、情報がブラック ホールから安全に逃れるべきであるという従来の通念を再現する新しい方法を発見しましたが、それがどのように行われるのか、またはホーキングの数学がどこで間違っていたのかを説明するには至りませんでした。
8 月下旬にオンラインで公開された最新の論文は、ホーキング博士の数学についての新しい考え方を提供するもので、さらに進んでいます。
ホログラファーは通常、重力で満たされたボリュームから、数学がより簡単な量子フラットランドまで一方通行の道を歩きます。しかし、この新しい作品では、Almheiri、Maldacena、および IAS の共同研究者である Raghu Mahajan と Ying Zhao が、両方の道を歩いてみました。
彼らは 2D のブラック ホールを取り上げ、その 2 つの要素、つまり内部の物質と、その物質によって生成される重力を別々に検討しました。以前と同様に、彼らは 2D 重力を 1D 量子粒子のホログラムと見なしました。しかし、彼らはブラック ホールの物質を 2 番目のホログラムの平らな部分のように扱い、これらの 2D 量子粒子を 3D 画像にポップさせました。この戦略はインセプションを生み出しました ホログラムの中のようなホログラム。 「それは本当にクレイジーなことのように思えました」と Almheiri 氏は言いました。
情報は 2D ではブラック ホールの内部に閉じ込められているように見えましたが、ホログラムがページから飛び出した後、ブラック ホールの内部の一部が外部の一部に幾何学的にリンクされ、情報の逃げ道が提供されることを研究者は発見しました。その結果、通り過ぎる宇宙飛行士が単純な実験を行っているとき、外に出るブラック ホールの放射はランダムに見えるかもしれませんが、厳密な研究によって、隠された微妙な情報が明らかになるでしょう — 多くの人が望んでいた結果です.
ブラック ホールの内部と外部の間のホログラフィック接続は、この 2 つを一緒に考えると情報のパラドックスが何らかの形で解決されるはずであるという古い予感を裏付けています。 「彼らはその規則を支持する非常に重要な新しい証拠を提供しています」とペニントンは言いました.
しかし、専門家は、高次元の橋が情報を外に出すかもしれないが、それが放射線にどのようにエンコードされているかについての詳細な説明がまだ不足していると強調しています. 「これは、放射線に関して何が起こっているかについての理論的理解の始まりです。情報を抽出します。」
3D ビューは、2D ブラック ホールが最終的にホーキングの計算から逸脱する理由を明確にするのにも役立ちます。理論家たちは、3D ホログラム内の関連する幾何学的表面の面積を測定することによって、ブラック ホールの情報内容の変化を追跡しました。そのような最小の表面の面積は、情報内容を示します。しかし、この表面が大きくなるにつれて、最終的には 2 番目の表面が最小のものに置き換わります。最初の表面を追跡し続けると、ホーキングのエラーが再現されますが、2 番目の表面に切り替えると、ブラック ホールに含まれる情報が低下し始めることが示され、数学が修正されます。
このように、ホログラム内のホログラムは、2D ブラック ホールの情報に何が起こるかという質問に対する望ましい答えを提供します。ほとんどの専門家は、この推論が正しければ、宇宙にあるような高次元のブラック ホールにも引き継がれるはずだと考えています。ただし、共通の懸念は、著者がこの抽象的な計算に意味を読みすぎているのではないかということです。
カリフォルニア大学サンタバーバラ校の物理学者で、アルムヘイリ、エンゲルハルト、ヘンリー マックスフィールドと共に春の論文に取り組んだドン マロルフは、以前の論文の主張を実証する具体的なモデルとして新しい研究を称賛しました。しかし、ホログラフィーはアルムヘイリとマルダセナが望んでいるほど賢明なガイドではないかもしれないとマロフは心配している。新しい論文で発見されたルートは機能しているように見えますが、他のホログラフィック構造は同意しない可能性があると Marolf は警告しています。このため、彼は次のように述べています。
実際、進行中の作業で、Almheiri のチームと他の多くのグループは、余分な次元の松葉杖に頼ることなく、ホログラム内のホログラム証明と同じ結論に達することを望んでいる、より根拠のある説明を追求しています.
しかし、手の込んだホログラフィーのトリックが通用しないとしても、ブラック ホールの研究者は、ホーキングの情報パラドックスがそれらを既知の物理学の境界に運ぶことができることに興奮を表明しています。 「私たちが探している量子重力[理論]である『ここにドラゴンがいます』と書かれている地図では、ドラゴンは私たちが思っていたよりもずっと近くにいます」とブッソは言いました.
この記事は、Investigacionyciencia.es でスペイン語で転載されました .
