And nothing is more uncertain, or potentially enlightening, than a paradox.

特に不確定要素が多く 新発見の可能性を秘めるのがパラドックスです。

Throughout history, paradoxes have threatened to undermine everything we know, and just as often, they've reshaped our understanding of the world.

歴史を通して、私たちが正しいと認識しているものは パラドックスにより脅かされ、その度に私たちは世界に対する理解を再構築してきました。

Today, one of the biggest paradoxes in the universe threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics: the black hole information paradox.

現在宇宙に関する最大のパラドックスの１つが一般相対性理論と量子力学に対する 理解を脅しています。「ブラックホール情報パラドックス」です。

To understand this paradox, we first need to define what we mean by "information."

このパラドックスを理解するためにまず「情報」とは何かを定義づける必要があります。

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

通常情報といえば目で見えるものです。

For example, this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

例えば、私たちはこの種の情報から、リンゴは赤く丸く光沢があると理解します。

But physicists are more concerned with quantum information.

しかし物理学者は量子情報により関心を向けます。

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple, such as their position, velocity, and spin.

つまりリンゴを構成している全素粒子の量子的性質、例えば位置、速度、回転に注目するのです。

Every object in the Universe is composed of particles with unique quantum properties.

宇宙における全ての物体は、それぞれ固有の量子的性質をもつ素粒子で構成されています。

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics: "the total amount of quantum information in the Universe must be conserved".

これは物理学における根源的な法則 ー「宇宙にある全ての量子情報は保存される」という法則に基づく重要な考えです。

Even if you destroy an object beyond recognition, its quantum information is never permanently deleted.

物を粉々になるまで破壊したとしても、量子情報がなくなることはありません。

And theoretically, knowledge of that information would allow us to recreate the object from its particle components.

そのため理論的には情報を集めることで、物体をその構成物である素粒子から再構成することが可能です。

Conservation of information isn't just an arbitrary rule, but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

情報の保存は根拠のない法則ではなく、数理的な必然であり、現代科学の多くはその上に成り立っています。

But around black holes, those foundations get shaken.

しかしブラックホール周辺ではその根幹が揺らぎます。

When an apple enters a black hole, it seems as though it leaves the Universe, and all its quantum information becomes irretrievably lost.

リンゴがブラックホールに入ると、リンゴは宇宙からなくなり、全ての量子情報が消えたかのように見えます。

However, this doesn't immediately break the laws of physics.

しかしこれですぐに物理学の法則が崩れるわけではありません。

The information is out of sight, but it might still exist within the black hole's mysterious void.

情報は目で見えなくなりますが、謎に包まれたブラックホールの無の空間に まだ存在しているのです。

Alternatively, some theories suggest that information doesn't even make it inside the black hole at all.

他方で提唱されているのは情報はブラックホールの中に 入ってさえいないとする理論です。

Seen from outside, it's as if the apple's quantum information is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

外から見るとリンゴの量子情報はブラックホールの表層「事象の地平線」に符号化されるかのように見えます。

As the black hole's mass increases, the surface of the event horizon increases as well.

ブラックホールの質量が増えるにつれて、事象の地平線の表面積も増加します。

So it's possible that as a black hole swallows an object, it also grows large enough to conserve the object's quantum information.

そのため物体を吸い込む時ブラックホールがその物体の量子情報を保存できるよう大きくなるということはあり得ます。

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface, the laws of physics remain intact—until you account for Hawking radiation.

とはいえ、情報の保存場所がブラックホール内部であれ表面であれ、物理学の法則は保たれています。しかし 「ホーキング放射」ではそうはいきません。

Discovered by Stephen Hawking in 1974, this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

1974年スティーブン・ホーキング博士はブラックホールが徐々に蒸発しているという理論を発表しました。

Over incredibly long periods of time black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

途方もなく長い時間をかけてブラックホールは事象の地平線から粒子を放ち質量を失っているのです。

Critically, it seems as though the evaporating particles are unrelated to the information the black hole encodes, suggesting that a black hole and all the quantum information it contains could be completely erased.

正確に言うと蒸発している粒子はブラックホールが符号化する情報とは関係がないということ―すなわちブラックホールはそれが有する全ての量子情報と共に蒸発により完全に消失し得るとホーキング博士は提唱したのです。

Does that quantum information truly disappear?

量子情報は本当に消えてしまうのでしょうか？

If not, where does it go?

消えないのなら どこへ行くのでしょうか？

While the evaporation process would take an incredibly long time, the questions it raises for physics are far more urgent.

蒸発には信じられないほど長い時間がかかる一方、物理学では切迫した問題が生じます。

The destruction of information would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

情報が消失している場合、基本的な科学的思考の枠組みを改める必要があるのです。

But fortunately, in science, every paradox is an opportunity for new discoveries.

しかし幸いなことに、科学においてパラドックスは新たな発見の機会でもあります。

Researchers are investigating a broad range of possible solutions to the information paradox.

現在情報パラドックスの考えられ得る多様な解決策を研究者らが検証しています。

Some have theorized that information actually is encoded in the escaping radiation, in some way we can't yet understand.

ある研究者は、ブラックホールの放つ放射の中に 情報が符号化されるがその方法は未解明だと論じました。

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding of how general relativity and quantum field theory interact.

一方「一般相対性理論」と「場の量子論」の間にある関係の誤解により、情報パラドックスが生じるのだと論じる研究者もいます。

Respectively, these two theories describe the largest and smallest physical phenomena, and they're notoriously difficult to combine.

一般相対性理論と量子論はそれぞれ最大最小の物理現象を記述していますが、これらの理論を統合することは非常に難しいのです。

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes will come naturally with a "unified theory of everything."

さらに情報パラドックスと他の多くのパラドックスに対する解決策は、「万物の理論」に必然的に行き着くと論じる研究者もいます。

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox is the holographic principle".

しかし情報パラドックスをめぐる理論のうち定説を覆すのが「ホログラフィック原理」でしょう。

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon can store quantum information, this principle suggests that the very boundary of the observable universe is also a 2D surface encoded with information about real, 3D objects.

事象の地平線の２次元的な表面は量子情報を保存できるという理論を発展させ、ホログラフィック原理は、「観測可能な宇宙」の果ては ２次元の平面でそこに実際の３次元の物体に 関する情報が符号化されていることを 示唆しています。

If this is true, it's possible that reality as we know it is just a holographic projection of that information.

これが正しければ、私たちが知ってる現実は情報がホログラムのように投影されているにすぎないという可能性があるのです。

If proven, any of these theories would open up new questions to explore, while still preserving our current models of the universe.

いずれかの理論が現在の宇宙モデルを維持し、情報パラドックスを解消しても、探究すべき新たな問題が生じるでしょう。

But it's also possible that those models are wrong! Either way, this paradox has already helped us take another step into the unknown.

しかし現在のモデル自体が間違っている可能性もあります。どちらにせよ 情報パラドックスにより 私たちは前進しています。未知なる世界へと。

Ever wonder if a black hole could destroy us?

ブラックホールは人間を破壊することができるのかを考えたことがありますか。

Or we could destroy a black hole?

それとも、人類はブラックホールを破壊することができるのでしょうか。

Cast your lot for or against humanity by watching one of these videos next.

人類を支持するかどうかは次のどちらの動画を見ることによって決めましょう。