一卵性双生児はブラックホールに何も持っていません。双子は同じ遺伝的設計図から成長するかもしれませんが、気質から髪型まで、千の点で異なる可能性があります.アルバート・アインシュタインの重力理論によれば、ブラックホールは、質量、スピン、電荷の 3 つの特性しか持つことができません。これらの値が任意の 2 つのブラック ホールで同じである場合、一方の双子を他方から識別することは不可能です。彼らによると、ブラック ホールには髪の毛がありません。
ハーバード大学の理論物理学者であるポール・チェスラーは、「古典的な一般相対性理論では、それらはまったく同じです。 「違いがわかりません。」
しかし、科学者たちは、「無毛の定理」が厳密に正しいかどうか疑問に思い始めています. 2012 年、ステファノス・アレタキスという名前の数学者 (当時はケンブリッジ大学、現在はトロント大学) は、いくつかのブラック ホールが事象の地平線上で不安定性を持っている可能性があることを示唆しました。これらの不安定性は、ブラック ホールの地平線の一部の領域に、他の領域よりも強い引力を効果的に与えることになります。これにより、他の点では同一のブラック ホールが区別できるようになります。
しかし、彼の方程式は、これがいわゆる極値ブラック ホール (質量、スピン、または電荷のいずれかで可能な最大値を持つブラック ホール) で可能であることを示しただけでした。そして、私たちが知る限り、「これらのブラック ホールは、少なくとも正確には、自然界には存在しません」と Chesler 氏は述べています。
しかし、極限に近いブラック ホール、つまりこれらの極値に近づいたものの、完全には到達しなかったブラック ホールがあった場合はどうなるでしょうか。このようなブラックホールは、少なくとも理論上は存在できるはずです。無毛定理の検出可能な違反があるでしょうか?
先月末に発表された論文は、それが可能であることを示しています。さらに、この毛髪は重力波観測所によって検出される可能性があります。
マサチューセッツ大学とロードアイランド大学の物理学者で共著者の一人であるGaurav Khanna氏は、「アレタキス氏は基本的に、地平線上に残されている情報があることを示唆していた. 「私たちの論文は、この髪を測定する可能性を開きます。」
特に、科学者たちは、ブラック ホールの形成またはその後の擾乱 (ブラック ホールに落下する物質など) のいずれかの残骸が、極限に近いブラック ホールの事象の地平線上またはその近くで重力不安定性を引き起こす可能性があることを示唆しています。 「私たちが見る重力信号は、極値ではない通常のブラック ホールとはかなり異なると予想されます」と Khanna 氏は述べています。
もしブラック ホールに髪の毛があり、過去に関する情報を保持している場合、故物理学者スティーブン ホーキング博士が提唱した有名なブラック ホール情報パラドックスに影響を与える可能性があると、プリンストン高等研究所の天体物理学者であるリア メデイロス氏は述べています。ニュージャージー。このパラドックスは、20 世紀の物理学の 2 つの大きな柱である一般相対性理論と量子力学の間の根本的な対立を浮き彫りにします。 「(情報のパラドックスの) 仮定の 1 つに違反すると、パラドックス自体を解決できる可能性があります」と Medeiros 氏は述べています。 「仮定の 1 つは無毛定理です。」
その影響は広範囲に及ぶ可能性があります。 「ブラック ホールの外側にあるブラック ホールの実際の時空が予想とは異なることを証明できれば、それは一般相対性理論に非常に大きな影響を与えると思います」と Medeiros 氏は述べています。観測されたブラック ホールの形状が予測と一致するかどうかを扱った 10 月の論文。
しかし、おそらくこの最新の論文の最もエキサイティングな側面は、ブラック ホールの観測を基礎物理学と融合させる方法を提供できることです。ブラック ホール (おそらく宇宙で最も極端な天体物理学研究所) の髪の毛を検出することで、これまで不可能だった方法で弦理論や量子重力などのアイデアを探ることができるようになる可能性があります。
「ひも理論と量子重力に関する大きな問題の 1 つは、これらの予測をテストするのが非常に難しいことです」と Medeiros 氏は述べています。 「ですから、遠隔でもテストできるものがあれば、それは素晴らしいことです。」
ただし、大きなハードルがあります。極限に近いブラック ホールが存在するかどうかは定かではありません。 (現時点で最良のシミュレーションでは、通常、極値から 30% 離れたブラック ホールが生成される、と Chesler 氏は述べています。) また、仮に生成されたとしても、重力波検出器がこれらの不安定性を髪から検出するのに十分な感度を備えているかどうかは明らかではありません。 /P>
さらに、髪の毛は信じられないほど短命であることが予想され、ほんの一瞬しか持続しません。
しかし、論文自体は、少なくとも原理的には健全に見えます。 「コミュニティの誰もそれを疑っているとは思いません」と Chesler は言いました。 「投機ではない。アインシュタインの方程式が非常に複雑であることが判明したため、毎年新しい特性が発見されています。」
次のステップは、現在動作している LIGO と Virgo、または欧州宇宙機関の宇宙ベースの LISA 機器のような将来の機器のいずれかで、重力検出器でどのような種類の信号を探す必要があるかを確認することです。
イリノイ大学アーバナ シャンペーン校の天体物理学者であるヘルヴィ ウィテックは、次のように述べています。 「次のステップは、この非常に素晴らしく重要な理論的研究から、署名となるものに進むことです。」
そうしたい理由はたくさんあります。論文が正しいことを証明する検出の可能性はわずかですが、そのような発見は、アインシュタインの一般相対性理論に挑戦するだけでなく、極限に近いブラック ホールの存在を証明します。
「自然がそのような獣の存在を許すかどうか知りたいです」とカンナは言いました. 「それは私たちの分野にかなり劇的な影響を与えるでしょう。」
訂正: 2021 年 2 月 11 日
この記事の元のバージョンでは、理論家は極値から 30% 以内にあるブラック ホールをシミュレートできないことを暗示していました。実際、極限に近いブラック ホールをシミュレートできますが、通常のシミュレーションでは極限から 30% 離れています。
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 .
