Name: ブラックホールに吸い込まれた情報はどうなるのか｜WIRED.jp (ブラックホールに吸い込まれた情報はどうなる？| WIRED.jp)
Uploaded: 2022-05-18T01:55:25.000Z
Duration: 15 min 36 s

I like to think of black holes as the ultimate roach motel in the universe.

私はブラックホールを、宇宙における究極のゴキブリモーテルと考えたいのです。

But beginning with the work of Stephen hawking we realize that.

しかし、スティーブン・ホーキング博士の仕事を皮切りに、私たちはそのことに気づきます。

Don't worry dude you're in this episode a lot.

この回にはたくさん出てくるから安心してね。

We realize that black holes emit radiation they actually glow just a little bit and they eventually dissolve completely disappearing.

ブラックホールは放射線を出していて、実はほんの少し光っているのですが、やがて溶けて完全に消えてしまうことが分かっています。

And this opens up a nasty paradox called the black hole information paradox.

そして、このことは、ブラックホール情報パラドックスと呼ばれる厄介なパラドックスを引き起こす。

What happens to all the information that flows into a black hole after it disappears?

ブラックホールに流れ込んだ情報は、ブラックホールが消滅した後、どうなるのでしょうか？

The full answer relies on a complete description of quantum gravity which which we don't have.

その答えは、量子重力の完全な記述に依存しているのですが、私たちはその記述を持っていないのです。

Yeah, okay let's take a step back in Einstein's theory of relativity.

そうだ、じゃあアインシュタインの相対性理論に一歩踏み込んでみようか。

Black holes are extraordinarily simple objects.

ブラックホールは非常にシンプルな天体です。

Only three numbers to completely describe any black hole.

たった3つの数字で、どんなブラックホールも完全に表現できる。

You need to know its mass, its electric charge and its spin and that's it.

質量と電荷とスピンがわかればいいんです。

And then the black holes themselves are extraordinarily simple.

そして、ブラックホールそのものは、極めて単純なものです。

There's a singularity at the center which is a point of infinite density and also the subject of another episode and then it's surrounded by an event horizon.

中心には無限の密度を持つ特異点があり、別のエピソードの題材にもなっていますが、その周囲を事象の地平線が取り囲んでいます。

That is the boundary, the entrance to the roach motel.

そこが境界線であり、ゴキブリモーテルの入り口である。

But that event horizon is even more boring than you think it might be.

しかし、その事象の地平線は、あなたが思っている以上につまらないものなのです。

There's a place on the river where the flow is too strong for you to be able to fight against the current that is the event horizon.

川の上では流れが強すぎて、事象の地平線という流れに逆らえない場所があるんです。

And this shows us how boring event horizons really are.

そして、このことは、イベントホライズンがいかに退屈なものであるかを教えてくれる。

They don't look any different from any other part of the river, you only discover them when you try to escape.

川の中の他の場所と何ら変わりはなく、逃げようとした時に初めて発見できる。

But Stephen Hawking found that event horizons are anything but boring.

しかし、スティーブン・ホーキング博士は、事象の地平線が決して退屈なものではないことを発見しました。

There's a weird interaction happening there between the event horizon itself and the quantum fields that surround it in this interaction gives rise to the emission of particles particles that have a temperature black holes.

事象の地平線そのものと、それを取り巻く量子場の間で奇妙な相互作用が起きていて、この相互作用によって、温度を持つブラックホールの粒子が放出されるのです。

それが、本当にメチャクチャなんです。

So let's go to the chalkboard to check this out.

では、これを確認するために黒板に行ってみましょう。

Stephen Hawking's result was extraordinary and honestly counterintuitive.

ホーキング博士の結果は、並外れたものであり、正直言って直感に反するものでした。

Who knew that that black holes, the ultimate bottomless pits of destruction would glow would have a temperature.

ブラックホールという究極の破壊の底なし沼が光るとは、誰が想像できただろう。

And this temperature is something that we can, if we can calculate Hawking's formula for the temperature of a black hole is simply temperature is equal to the reduced plank's constant H, which is Planck's constant, divided by two pi times the speed of light cubed, divided by eight pi.

この温度は、ブラックホールの温度に関するホーキング博士の公式を計算すれば、温度は、プランク定数Hを2πで割って、光速の3乗を8πで割ったものに等しいことがわかります。

Newton's gravitational constant times the bolts men, constant times the mass of the black hole.

ニュートンの重力定数にボルトマン、定数にブラックホールの質量をかけたもの。

This is telling us that the temperature of a black hole is incredibly small because the mass of a black hole, even the smallest black holes have a massive a few times that of the sun.

これは、ブラックホールの質量が、どんなに小さなブラックホールでも太陽の数倍の質量があるため、ブラックホールの温度がとてつもなく小さいことを物語っているのです。

これは非常に大きな数字になります。

Which makes temperature a very, very small numbers.

つまり、気温はとてもとても小さい数字なのです。

だから、これは信じられないほど小さいんです。

We're talking a typical black hole emitting, you know, like one or 2 photons a year.

典型的なブラックホールで、1年に1〜2個の光子を放出するようなものです。

しかし、ゼロではありません。

Now black holes emit radiation through this this crazy complex quantum mechanical process.

ブラックホールは、このような複雑な量子力学的プロセスによって放射線を放出するのです。

Any kind of radiation has a has a spectrum has a structure.

どんな種類の放射線にもスペクトルがあり、その構造があります。

But to describe the radiation emitted by a black hole, I need some sort of inspiration.

しかし、ブラックホールが発する放射線を表現するためには、何らかのインスピレーションが必要なのです。

光明が差す瞬間とでもいうのでしょうか。

All right, This is an old school incandescent light bulb and the kind of radiation the spectrum of radiation emitted by this light bulb is something we call black body radiation.

これは昔の白熱電球で、この電球から出る放射線の種類は、黒体放射と呼ばれるものです。

Now, lightbulbs aren't the only thing in the universe to have blackbody spectrum of human bodies emit radiation with a similar spectrum of the sun, emits radiation with the same spectrum.

さて、宇宙で黒体スペクトルを持つのは電球だけではありません。人体は太陽と同じようなスペクトルの放射線を出しており、同じスペクトルの放射線を出しているのです。

そして、ブラックホールも同様です。

例えば、とても冷たい物体があるとします。

Very cold objects have a blackbody spectrum of a flux versus wavelength.

非常に冷たい天体は、フラックス対波長の黒体スペクトルを持つ。

Very hot objects have a similar kind of spectrum, but it's shaped more like this.

非常に高温の天体も同じようなスペクトルを持ちますが、もっとこのような形をしています。

It's it's pickier and then it goes down like this.

それはそれはピチピチと、こうして落ちていくのです。

Any object in the universe that emits as a black body radiator.

宇宙で黒体放射体として発光している天体。

We'll have something looking like these curves, including black holes.

ブラックホールも含めて、このような曲線のようなものができあがります。

That's one of the most remarkable things about Hawking's result is how simple the radiation emitted by black holes really is.

ホーキング博士の結果で最も注目すべき点は、ブラックホールから放射される放射線がいかに単純なものであるかということです。

It's this crazy complex quantum mechanical process that leads to a simple equation for the temperature And then a well known spectrum that we've we've known about for over a century.

複雑な量子力学的プロセスが、温度に関する簡単な方程式を導き出し、100年以上前からよく知られているスペクトルを導き出すのです。

But that simplicity makes black holes even more confusing because this is the exact place where the paradox comes in?

しかし、その単純さが、ブラックホールをさらに混乱させる。なぜなら、ここがまさにパラドックスになる場所だからだ？

Because the blackbody radiation emitted by a black hole doesn't carry any information.

なぜなら、ブラックホールから放射される黒体放射は、何の情報も持っていないからです。

実際、とてもつまらないんですよ。

So let's say you you make one black hole made out of, I don't know a potato.

例えば、ジャガイモでできたブラックホールを1つ作ったとしましょう。

All right, and you make another black hole made out of a plant.

よし、植物でできたブラックホールをもう一つ作ろう。

So we've got two black holes, one is made out of potatoes and one is made out of plants, a lot of potatoes and a lot of plants.

つまり、2つのブラックホールがあって、1つはジャガイモでできていて、もう1つは植物でできていて、たくさんのジャガイモとたくさんの植物でできているんです。

でも、おわかりいただけたでしょうか。

There's a lot of information in this plant and in this potato and it's locked up in the black hole.

この植物にも、このジャガイモにも、たくさんの情報が詰まっていて、それがブラックホールに閉じこめられている。

But then the black hole starts radiating and they have the exact same mass.

しかし、ブラックホールが放射を開始すると、両者はまったく同じ質量を持つようになるのです。

全く同じ黒体放射があるんです。

I don't know which one is the potato black hole and which one is the plant black hole.

どれがジャガイモのブラックホールで、どれが植物のブラックホールなのかわからないんです。

But as they radiate, they lose mass and eventually they disappear.

しかし、放射線を出すと質量が減り、やがて消えてしまいます。

では、その情報はどこに行ったのでしょうか？

So let's talk to an expert to dig into this mystery a little bit more.

そこで、この謎をもう少し掘り下げるために、専門家に話を聞いてみよう。

I am dr moya McTeer, I am an astrophysicist of folklorist and the science communicator.

私はモヤ・マクティア博士で、宇宙物理学者、民俗学者、科学コミュニケーターです。

Well, let's talk about space and we're talking about black holes, the universe makes stars and some stars turn into black holes.

さて、宇宙の話をしましょう。宇宙は星を作り、ある星はブラックホールになります。

How do you go from this giant ball of radiation and light and warmth to a black hole black holes can form in a few different ways, astronomers are still trying to figure out how the very first early big black holes formed, we call these primordial black holes.

ブラックホールは、いくつかの異なる方法で形成されますが、天文学者は、最初の大きなブラックホールがどのように形成されたかを解明しようとしています。

But the most common way for black holes to form is through the life cycle of stars.

しかし、ブラックホールができる最も一般的な方法は、星の一生を通じたものです。

So you have a star that's massive enough, let's say it has to be about 40 times more massive than our sun by the time it runs out of all of the hydrogen in its core, something called hydrostatic equilibrium breaks.

例えば、太陽の40倍以上の質量を持つ星があったとして、その星のコアにある水素をすべて使い果たすと、静水圧平衡が崩れるのです。

So the way that stars work is that they're constantly imbalance between gravity crushing in and the pressure that you get when you have nuclear fusion pushing out and when you stop using hydrogen in your core, you lose the outward pressure so gravity forces the star to collapse in on itself.

つまり、星は重力で押し込まれ、核融合で押し出される圧力のバランスが常に崩れている状態なのです。

And then there's this rebounding effect that creates a supernova explosion.

そして、このリバウンド効果で超新星爆発を起こすのです。

So in the explosion a lot of the material from the star gets flung out from the system.

そのため、爆発によって星の物質の多くが系外に飛び出してしまうのです。

But what's left if it's dense enough or if it's massive enough is a very dense black hole.

しかし、十分な密度がある場合、あるいは十分な質量がある場合に残るのは、非常に密度の高いブラックホールなのです。

これは小さなブラックホールです。

They're called stellar mass black holes only a few times more massive than our sun.

太陽の数倍しかない恒星質量ブラックホールと呼ばれるものです。

But if you get enough of them together, then they can grow into a bigger black hole.

しかし、それがたくさん集まれば、より大きなブラックホールに成長することができるのです。

How many black holes are we talking about in a galaxy?

銀河系にいくつのブラックホールがあるのだろう？

We have one supermassive black hole in the Milky Way galaxy, but there are tens of thousands of these smaller stellar mass black holes in the Milky Way alone and there are hundreds of billions of Galaxies.

天の川銀河には超巨大ブラックホールが1つありますが、このような恒星質量の小さなブラックホールは天の川銀河だけで何万個もあり、銀河は何千億個もあるのです。

So there are lots of black holes out there in the universe.

だから、宇宙にはブラックホールがたくさんあるんです。

You mentioned the supermassive black hole in the center of the Milky Way, How do you get something to be super massive?

天の川銀河の中心にある超巨大ブラックホールの話が出ましたが、どのようにして超巨大なものができるのでしょうか？

And I think in a lot of space contexts, astronomers are still trying to figure out how these really massive black holes form, but we are pretty sure that at least regular supermassive black holes, not these like hyper massive ones that they form through galactic collisions because a lot of Galaxies, most Galaxies have black holes at their centers and that's just another effect of gravity.

しかし、少なくとも通常の超巨大ブラックホールは、超巨大ブラックホールとは異なり、銀河の衝突によって形成されることは間違いありません。

This really heavy thing is going to sink towards the center of the galaxy and when these Galaxies collide, so do their black holes after many millions of years of spinning in towards each other.

この本当に重いものは、銀河の中心に向かって沈み、これらの銀河が衝突するとき、何百万年も互いに回転していたブラックホールも同じように沈みます。

When you get all of these black holes colliding, then their masses add up.

ブラックホールをすべて衝突させると、その質量が加算されます。

So you get a super massive one in the center.

中央に超巨大なのが出てくるわけです。

These black holes, they just sit there minding their own business and they don't do anything else, right?

このブラックホール、ただ座って自分の仕事をしているだけで、他には何もしないんですよね？

Oh, I wish well it actually is a common misconception that black holes suck things into them and they do have very strong gravitational pools but they aren't like vacuums actually suctioning stuff in.

ブラックホールが物を吸い込むというのはよくある誤解で、確かに非常に強い重力プールを持っていますが、実際に物を吸い込む掃除機のようなものではありません。

字幕リスト動画再生

ブラックホールに吸い込まれた情報はどうなるのか｜WIRED.jp (ブラックホールに吸い込まれた情報はどうなる？| WIRED.jp)

stuff

episode

potential

eventually