「私の目標はシンプルです。宇宙の構造を完全に理解し、なぜそうなのか、なぜ存在するのかを理解することです。」
スティーブン・ホーキング
翻訳者から。 そして、あなた、ハラジテルは、宇宙のテーマがより人気になっていることに気づきましたか？ 好奇心が火星を征服し、ヴァージンギャラクティックが軌道上宇宙飛行のチケットを販売し、中国は月に到達する3番目の国です。 実際、宇宙論ではさらに大きな変化が起こっています。 この中記事では、過去数年間で科学者がブラックホールの認識をどのように変えたかについて説明します。 私は物理学者ではないので、翻訳では間違いを排除していません。コメントにPMまたは詳細（誰もが理解できるように）を書いてください。 事前に感謝し、読書をお楽しみください！
（jpeg / pngのクレームは、記事の著者に送信する必要があります。）
宇宙のはずれに住んでいるあなたと私にとって、惑星地球は重力の主な源です。 彼女の重力の抱擁から抜け出すには、 2番目の宇宙速度を超える必要があります。これは、私たちの惑星が生み出した重力に打ち勝つために必要な最低速度です。 人々はすでにこれを複数回成功させています-全体として、11.2 km / s（光の速度の0.004％）に加速することはビジネスです。
宇宙で起こっていることと比較すると、速度はまったく大きくありません。 一方では、私たちの惑星の質量は6×10 ^ 24 kgです。 一方、このすべての質量はかなり大きな空間に分布しているため、地球からの脱出速度は非常に控えめです。
物理学の法則により、地球をはるかに密度の高い物質の塊に圧縮すると、2番目の宇宙速度が大幅に増加します。 惑星を半径1 cm未満のボールに縮小します-そして、誰も何もそこから飛び去ることはできません。 光さえ。 そのため、手首を軽く振ると、地球はブラックホールに変わります。
真空中の光の速度は、一般的な速度制限です。 宇宙には、そこから逃れることができないほどの小さなボリュームに巨大な質量が集中する場所があります。 長い間、ブラックホールは理論的にのみ存在していました。そのような巨大な質量を小さな空間に収めることは不可能であると想定されていました。 状況は、いくつかの面白い宇宙の発見によって変わりました。
たとえば、信じられないほど強いX線と電波放射を伴う、完全に暗い空間の領域が見つかりました。 または破れた星：その物質はどこかに漏れていましたが、単一の超大質量星は近くにありませんでした。 最後に、銀河の中心で、星は目に見えない物体の周りを回転します。その物体の質量は約400万個の太陽質量と推定されます。 そして、光線ではありません。
はい、これはブラックホールです！ アインシュタインの一般相対性理論では、ブラックホールが空間をゆがめ、興味深い光学効果を生み出します（ブラックホールの背後の空間を見るだけです）。
それで、そのようなオブジェクトは完全に、完全に、そして完全に黒く、何もそれらから飛び去ることはできませんか？ 質問は論理的ですが、非常に長い間答えられていませんでした。 実際、アインシュタインの理論によれば、ブラックホールは古典的な物体であり、つまり、連続した時空によって記述され、質量、電荷、角運動量を持たなければなりませんでした。 しかし、私たちの現実では、物質とエネルギーは本質的に連続よりも離散的であることを知っています。 残念ながら、量子力学を一般相対性理論と友達にすることに成功した人はいません。
本来、宇宙はまだ離散しているようですが、時空の量子理論はまだありません。 そして、重力の量子理論はないので、ブラックホールに対処する唯一の方法は、相対論の一般理論によって予測された曲がった時空で離散宇宙の計算を実行することです（ここでは、量子場の理論が役立ちます）。
簡単な仕事ではありません。 私はすでに知っている： 彼は計算に従事していた 。 そして彼は最初からは程遠かった。 最初はスティーブン・ホーキングでした。70年代半ばに、彼は、曲がった時空（およびブラックホールのために空間が曲がった）に存在する本質的に離散した宇宙のモデルを思い浮かべました。
だから。 真空では、量子ゆらぎが絶えず生まれて消えます。つまり、「粒子+反粒子」のペアです。 同時に、ブラックホールのイベントホライズンがあります-それに陥るすべてのものは、もはや取り戻すことができなくなります。
しかし、変動が地平線上に現れるとどうなりますか？ 確かに、この場合、反粒子はそれに陥る可能性があり、粒子は-抜け出すために！ エネルギー保存の法則によれば、ブラックホールは質量を失う必要があります。 ブラックホールの放射スペクトルは、完全に黒の物体の放射スペクトルと同じであり、その質量と周囲の空間の曲率によって決まります。 （量子場理論は、スペクトルを正しく計算するのに役立ちます。）BHの他のすべての特性（平均寿命、蒸発時間、エネルギー損失率）は、 「ホーキング放射」という名前で知られるこの現象によって決まります。
言い換えれば、ブラックホールはそれほど黒ではありません！
完全で包括的な重力の量子理論がないと仮定します。 1）空間と時間を記述するための一般的な相対性理論、2）物質とエネルギーを扱う方程式を備えた場の量子論。 ブラックホールを飛行することを想像してください。 最初に降着円盤に落ち、次に内部の安定した円軌道を見つけます。その背後には何もありません。ブラックホールはすべてを吸収し、イベントの地平線の上にそれを素早く隠します。 中に入ると、もう出られなくなります。 何も出ません。 ホーキング放射に加えて。
しかし、数年前、 1つの仕事が多くの騒ぎを起こしました。 それは、イベントの地平線の交差点で、ブラックホールの「防火壁」があなたを燃やすだろうと述べました。
その研究は、次の3つのステートメントが同時に成り立たないことを示しました。
- ホーキング放射は純粋な量子状態です。
- 放射線に含まれる情報は、イベントの地平線の近くで放出され、低エネルギーの有効場の理論は、イベントの地平線から微視的な距離で動作します。
- ブラックホールに落ちたオブザーバーは、イベントホライズンで異常なものを見ることはありません。
これは興味深いパラドックスです。 以前は、ホーキング放射は情報の損失を許容せず、イベントホライズンは実際に存在し、そこから飛び出すことはできず、イベントホライズンを通過するときに「ファイアウォール」に遭遇しない（つまり、異常なものは表示されません）ステートメントNo. 3）。 それでも、3つのステートメントの1つは偽でなければなりません。 どっち？
そのような発見のおかげで、物理学は前進しているとよく言われます。 しかし、別のことも言えます。この（または他の）パラドックスの解決策は、この分野で最も有名で重要かつ尊敬されている科学者の意見に依存しません。 それはもっぱら科学的価値そのものに依存しています。
サミュエル・L・ブラウンスタイン、ステファノ・ピランドラ、カロル・ジチコフスキ。 おそらくこれらの名前はあなたに知られていないでしょう。 しかし、昨年、これらの物理学者は非常に興味深い何かを発見しました。 ここを見てください：ホーキング放射は量子もつれ粒子のペアから発生し、その一方はブラックホールに落ち、もう一方はなんとか自由に逃げます。 暴走した粒子の特性を測定して絡み合いを壊すと、イベントの地平線に同じ火の壁が現れるはずです-高エネルギー粒子の障壁です。 そこには逆説があります。1つの粒子が内側に落ち、別の粒子が外側に飛び、それらは量子もつれです。
最も興味深いのは、ブラックホールの出来事の地平線上のもつれが大きくなるほど、火のカーテンが遅く落ちることです。 より多くの混乱-より多くの時間。 そして私たちの宇宙では、これらの科学者が書いたように、すべての出来事の地平線でのもつれは最大であり、それは火の壁の出現に必要な時間が無限であることを意味します。 良い結論。 彼はパラドックスを解決していないが、少なくとも問題がステートメントNo. 3にない可能性が最も高いことを理解させます。
その後、これが起こりました：
ホーキングは声明No. 2を取り除くことを提案しました。古典的なイベントの地平線の概念を削除するだけです。 もちろん、その理由はこれにある可能性がありますが、控えめに言っても、この提案は一貫性がなく、正しくないようです。 マスコミは満場一致でアイデアを取り上げ、見出しには「ブラックホールは存在しません！」という言葉がたくさんありましたが、宇宙の離散性もホーキング放射の存在も、イベントホライズンの概念を完全にキャンセルしませんでした。
科学者は問題がステートメント3にないことに気付いたので、おそらくステートメント1を詳しく見る価値があるでしょうか？ 情報を失うことの不可能性（統一性を維持すること）について話すとき、私たちは常に純粋な状態の放射線を意味することに注意すべきです。 しかし、ホーキング放射が量子純粋状態でない場合はどうでしょうか？ したがって、情報の損失を避けることができます！
このテーマに関する2つの非常に興味深い研究があります。 上記のブラウンスタイン、ピランドラ、およびチチコフスキーの研究と合わせて、彼らは、パラドックスの出現以来、最も重要な研究のように思えます。 そして、これらの作品のどれもホーキングやサスキンドに関連するものではありません。
同じ瞬間に2組のパーティクルがあり、両方のペアで1つのパーティクルがイベントホライズンを通過し、もう1つのパーティクルが逃げているとします。 両方の失敗した粒子が脱出した人と量子もつれている場合、情報は失われます。なぜなら、統一性が失われるからです。
しかし、Verlinde兄弟は 、同じ瞬間の粒子が交換可能であるため、ユニタリティが維持できることを証明しました.2つのペアの代わりに「1つの粒子が失敗し、もう1つが飛んだ」ので、「両方が失敗」と「両方が飛んだ」ペアを取得し、それによってエンタングルメントパーティクルを奪います。イベントの地平線の両側に量子もつれ粒子はありません！ （そして、火の壁はありません。）これはアイデアです！ でも、私たちの防火壁のパラドックスはどのように解決されますか？
しかし、最近では、Sabina Hossenfelderが、情報を保存する変換には非常に興味深い特性があることを示す論文を発表しました。
- （情報がイベントの水平線を超えないように）解く粒子の交換はローカルにすることができます。つまり、因果関係で常に接続されている2つのポイント間で発生する可能性があります。
- このようなローカルな相互作用は、イベントの地平線上の1つの場所でのみ発生します。
- 最後に、最も重要なことは、異なる時間に放出される放射線の状態に混乱がないことです。 （量子純粋状態にはエンタングルメントが必要です。）
これらの3つの作品は、火の壁がないことを示しており、ホーキング放射線の純粋な状態について述べているステートメントNo. 1が偽であれば、パラドックスは解決されます。
そのような記事のタイトルは退屈であり、これはすべて複雑に思えるので、あなたはメディアからこのすべてについて学ぶことはありません。 そして、ここでのビッグネームはどこですか？ しかし、これは事実です。ホーキング放射は純粋な状態ではありません。つまり、防火壁もパラドックスもないということです。
ブラックホール、イベントホライズン、および高度に湾曲した時空における量子システムの振る舞いについて、まだ多くのことを学び、理解する必要があります。 まだ多くの興味深い研究が先にあります。 確かに、いくつかの問題を解決すると、彼らはさらに多くの質問を投げかけます。 しかし、今では、ブラックホールに落ちたときに揚げないことが確実にわかっています。 死因は「スパゲッティ化」であり、火災ではありません！
防火壁のパラドックスは閉じられたと宣言されています！
*この作品の著者であるサビーナ・ホッセンフェルダーに、理論的計算の詳細な説明と、このトピックに関する多くのニュアンスに感謝します。 ホーキングの言葉の誤解に関する彼女の警告はここで読むことができます 。