What happens if we push physics to the absolute limit, maybe even breaking it and the universe in the process?

物理学を絶対的な限界まで押し上げ、もしかしたらその過程で物理学と宇宙を壊してしまうかもしれないとしたら、どうなるだろうか？

Let's create a tiny black hole about the mass of our moon in the Kurzgesagt labs and try to rip it apart.

クルツゲザグト研究所で、私たちの月くらいの質量の小さなブラックホールを作って、それを引き裂いてみよう。

Experiment 1

実験1

Nuke it

核攻撃

Big booms break things, so to set the mood, let's explode the world's entire nuclear arsenal around our black hole.

大きなブームが物事を壊すので、ムードを盛り上げるために、ブラックホールの周囲で世界の全核兵器を爆発させよう。

Boom!

ブームだ！

Black holes swallow whatever crosses their event horizon, matter and energy.

ブラックホールは、その事象の地平線を横切るもの、物質やエネルギーを何でも飲み込んでしまう。

And since E equals mc squared, all the energy that enters a black hole increases its mass.

そして、Eはmcの2乗に等しいので、ブラックホールに入るすべてのエネルギーはその質量を増加させる。

The mass of a black hole is proportional to its size, so as we nuke our tiny black hole, it just gets bigger and more massive.

ブラックホールの質量はその大きさに比例するので、私たちが小さなブラックホールに核を打ち込めば、ブラックホールはどんどん大きくなっていく。

Experiment 2

実験2

Antimatter

反物質

Matter and antimatter annihilate each other.

物質と反物質は互いに消滅する。

What will happen if we throw a moon's mass of antimatter at it?

月の質量分の反物質を投げつけたらどうなるだろうか？

Unfortunately, when an object enters a black hole, the black hole will completely delete its past identity, whether it's made of matter or of antimatter.

残念なことに、物体がブラックホールに入ると、ブラックホールはその物体が物質でできていようと反物質でできていようと、過去のアイデンティティを完全に削除してしまう。

Black holes only care about gravity, which only depends on the total mass-energy of an object.

ブラックホールが気にしているのは重力だけで、重力は物体の質量エネルギーの総和にのみ依存する。

And the mass of a particle is the same as its corresponding antiparticle, so throwing an antimoon has the same effect as throwing a moon.

粒子の質量は対応する反粒子と同じなので、反月を投げることは月を投げることと同じ効果がある。

The black hole just gets more massive.

ブラックホールはさらに巨大になる。

This deleting ability of black holes is pretty interesting.

ブラックホールのこの削除能力はかなり興味深い。

It means that despite their size and power, black holes are, in a way, similar to elementary particles.

つまり、ブラックホールはその大きさとパワーにもかかわらず、ある意味で素粒子に似ているということだ。

An elementary particle, like an electron, is an extremely simple object, fully specified by just three numbers, its mass, spin, and charge.

電子のような素粒子は極めて単純な物体で、質量、スピン、電荷の3つの数値だけで完全に特定される。

And, amazingly, the same is true for black holes.

そして驚くべきことに、ブラックホールにも同じことが言える。

They have a mass, they can rotate, and carry an electric charge.

質量があり、回転し、電荷を帯びている。

Once a black hole forms, it doesn't matter if it comes from a collapsed star, an antistar, or a banana, it will always be fully described by those three numbers, nothing else.

ブラックホールが形成されれば、それが崩壊した星から生まれたものであろうと、反星から生まれたものであろうと、バナナから生まれたものであろうと関係ない。

But if a black hole is basically a weird particle, could we destroy it with an anti-black hole?

しかし、ブラックホールが基本的に奇妙な粒子であるならば、反ブラックホールでブラックホールを破壊することは可能なのだろうか？

How exciting!

なんてエキサイティングなんだろう！

A particle has the same mass as its corresponding antiparticle, but opposite charge.

粒子は対応する反粒子と同じ質量を持つが、電荷は反対である。

Since a black hole has mass and electric charge, its corresponding anti-black hole should have the same mass and opposite electric charge.

ブラックホールは質量と電荷を持つので、対応する反ブラックホールは同じ質量と反対の電荷を持つはずである。

What if we make them collide?

衝突させたら？

Sadly, the charge will just add up and cancel out.

悲しいかな、チャージは加算され、相殺されるだけだ。

So, after the collision, we'll just get a new black hole twice as massive with no charge.

つまり、衝突の後には、2倍の質量を持つブラックホールが無料で出現することになる。

Okay, we need to think bigger, and stretch physics harder.

よし、もっと大きく考え、物理学をもっと伸ばす必要がある。

It's true that a black hole can carry spin and charge, but even for these crazy objects, there are limits.

ブラックホールがスピンと電荷を運ぶことができるのは事実だが、このようなクレイジーな物体にも限界がある。

If the spin or the charge of a black hole becomes too large, something really weird will happen.

ブラックホールのスピンや電荷が大きくなりすぎると、本当に奇妙なことが起こる。

The event horizon will dissolve.

事象の地平線は消滅する。

In a simplified way, we think of black holes as hiding a singularity inside, an infinitely compressed mass with such strong gravity that absolutely nothing can escape from its surroundings, not even light.

単純化すれば、ブラックホールは内部に特異点を隠し、無限に圧縮された質量を持ち、その周囲からは光さえも含めて絶対に何も逃げ出せないほど強い重力を持っていると考えられる。

This is why a black hole looks like a black sphere of nothingness.

ブラックホールが何もない黒い球体のように見えるのはこのためだ。

The event horizon is the outer edge of this ultimate prison.

事象の地平線は、この究極の牢獄の外縁である。

Cross it, and you'll never be able to come back.

それを越えたら、二度と戻ってくることはできない。

But when a black hole rotates, it works a bit like a spinning washing machine.

しかし、ブラックホールが回転するときは、回転する洗濯機のような働きをする。

It's as if the rotation wants to repel nearby objects and push them out of the black hole, which doesn't happen because its gravity is so strong.

まるで回転が近くの物体と反発し、ブラックホールから押し出そうとしているかのようだが、ブラックホールの重力が非常に強いため、そうはならない。

But, if the rotation gets too fast, this effect will win, and the event horizon will disappear.

しかし、回転が速くなりすぎると、この効果が勝ってしまい、事象の地平線が消えてしまう。

Nearby objects won't be imprisoned forever anymore.

近くの物体はもう永遠に幽閉されることはない。

The same thing happens with the electric charge.

電荷でも同じことが起こる。

Make it too large, and our ironclad jail will break open.

あまり大きくすると、鉄壁の牢獄が壊れてしまう。

If we manage to destroy the event horizon, the singularity would still be there, and objects would still naturally fall towards it.

もし事象の地平線を破壊することに成功したとしても、特異点はそこに存在し、物体は自然にそこに向かって落下するだろう。

If you hit it, you would still die horribly and quickly.

もし当たったとしても、恐ろしく早く死ぬだろう。

But the vicinity of the singularity won't be an inescapable prison anymore.

しかし、シンギュラリティの周辺は、もはや脱出不可能な牢獄ではないだろう。

You could get as close as you want and come back.

好きなだけ近づいて、また戻ってくればいい。

This should count as destroying the black hole.

これはブラックホールを破壊したことになる。

Can we do it?

できるか？

Experiment 5. Overfeeding.

実験5.過剰給餌。

All we have to do is to overcharge or overspin the black hole.

ブラックホールをオーバーチャージするか、オーバースピンさせるだけだ。

We could do this by throwing objects with a small mass and a lot of charge or angular momentum so that the charge or spin increases faster than the mass.

質量が小さく、電荷や角運動量が大きい物体を投げることで、電荷やスピンが質量よりも速く増加するようにするのだ。

We have to overfeed the black hole until it reaches the point where it breaks open.

ブラックホールが割れるところまで過剰に供給しなければならない。

However, whether you can actually do this is the subject of passionate argument among physicists.

しかし、実際にそれが可能かどうかは、物理学者の間で熱心な議論の対象となっている。

Think of a charged black hole.

帯電したブラックホールを思い浮かべてほしい。

Equal charges repel each other, and the more of the same charges you squish together, the more they push back.

等しい電荷は互いに反発し合い、同じ電荷をより多くつぶせばつぶすほど、反発し合う。

So let's say that we have a negatively charged black hole and we want to overfeed it with electrons, for example, whose charge is far larger than its mass.

例えば、負に帯電したブラックホールに、質量よりもはるかに大きな電荷を持つ電子を過剰に供給したいとしよう。

The electrons will feel an electrostatic repulsion, and the more electrons we throw, the larger the negative charge of the black hole will be and the stronger the repulsion.

電子は静電反発を感じ、電子の数が多ければ多いほどブラックホールの負電荷が大きくなり、反発が強くなる。

But once we reach the upper limit, the electrostatic repulsion will be so strong that it won't allow any more electrons to come in.

しかし、上限に達すると静電反発が強くなり、それ以上電子が入ってこられなくなる。

At this point, the black hole will refuse to be overfed.

この時点で、ブラックホールは過給を拒否する。

With the spin, it's similar.

スピンも似たようなものだ。

Once the black hole reaches its upper limit, it won't gobble more spin.

ブラックホールが上限に達すると、それ以上スピンを食い尽くすことはない。

But some scientists have discovered what looks like a loophole.

しかし、ある科学者が抜け穴らしきものを発見した。

If an instant before the black hole reaches the limit, we throw the right amount of matter in in just the right way, it looks like we could actually overfeed it.

ブラックホールが限界に達する一瞬前に、適切な量の物質を適切な方法で投入すれば、実際に過剰に供給することができそうだ。

Most scientists are skeptical, but let's give it a try anyway.

ほとんどの科学者は懐疑的だが、とにかく試してみよう。

The end.

終わりだ。

Breaking physics.

物理学を壊す

There is a catch, though.

ただし、キャッチがある。

The event horizon of a black hole hides the singularity.

ブラックホールの事象の地平線は特異点を隠す。

So destroying the horizon would leave us with a naked singularity, one that is not hidden by an event horizon.

つまり、地平線を破壊すれば、事象の地平線に隠されていない、裸の特異点が残ることになる。

And this poses a problem.

そして、これが問題を引き起こす。

It could mean the end of physics as we know it.

私たちが知っている物理学の終わりを意味するかもしれない。

There's a big dirty secret about black holes.

ブラックホールには大きな汚い秘密がある。

Contrary to widespread belief, the singularity of a black hole is not really at its center.

広く信じられていることに反して、ブラックホールの特異点は実際にはその中心にあるわけではない。

No, it's in the future of whatever crosses the horizon.

いや、地平線を横切るものは何でも未来にある。

Black holes warp the universe so drastically that at the event horizon, space and time switch their roles.

ブラックホールは宇宙を大きく歪め、事象の地平面では空間と時間の役割が入れ替わる。

Once you cross it, falling towards the center means going towards the future.

それを越えたら、中心に向かって落ちるということは、未来に向かって進むということだ。

That's why you can't escape.

だから逃げられないんだ。

Stopping your fall and turning back would be just as impossible as stopping time and traveling to the past.

転倒を止めて引き返すのは、時間を止めて過去へ旅するのと同じくらい不可能なことだ。

So the singularity is actually in your future, not in front of you.

つまり、シンギュラリティは目の前にあるのではなく、実はあなたの未来にあるのだ。

And just like you can't see your own future, you won't see the singularity until you hit it.

自分の未来が見えないのと同じように、シンギュラリティにぶつかるまでは見えない。

But you also can't hit something that's in your future, only sort of experience it, like you'll experience your next birthday when it happens.

しかし、未来にあるものにぶつかることはできず、次の誕生日が来たらそれを経験するようなものだ。

Singularities that are in the future are not a problem because we can't see them or interact with them.

未来にある特異点は、私たちが見ることも、対話することもできないので、問題にはならない。

But a naked singularity would be in front of us for all of us to see.

しかし、裸の特異点が目の前にあれば、誰もがそれを見ることができる。

What would we see?

何が見えるだろうか？

Well, the whole point is that it's impossible to know.

まあ、要は知ることは不可能だということだ。

A singularity is a region of infinite gravity, and gravity is the bending of space-time.

特異点とは無限重力の領域であり、重力とは時空の屈曲である。

At a singularity, the bending is so radical that the fabric of space-time is literally broken.

特異点では、時空の布が文字通り壊れるほど急激に曲げられる。

Space and time don't exist anymore.

空間も時間ももう存在しない。

This means that you can't predict anything, since predicting means making a forecast about where and when something will happen.

予測とは、いつ、どこで、何が起こるかという予測を立てることだからだ。

But where and when have lost their meaning.

しかし、いつ、どこでというのは意味を失った。

So we have an unpredictable thing with infinite gravity and therefore infinite energy.

つまり、無限の重力と無限のエネルギーを持つ予測不可能なものがあるのだ。

This means that anything could come out of it for no reason, from a pile of bananas to lost socks or a solar system.

つまり、バナナの山から失くした靴下や太陽系まで、理由なく何でも出てくる可能性があるということだ。

Predictability, causality, and physics as we know it would break down.

予測可能性、因果関係、そして我々が知っている物理学は崩壊してしまうだろう。

We think that singularities should exist in nature because we can prove that under very general conditions, gravitational collapse leads to the formation of singularities.

ごく一般的な条件下では、重力崩壊が特異点の形成につながることを証明できるので、自然界には特異点が存在するはずだと考えている。

However, scientists think that nature forbids the formation of naked singularities.

しかし科学者たちは、自然は裸の特異点の形成を禁じていると考えている。

Something enforces the creation of an event horizon around them to prevent their insanity from infecting the rest of the universe.

何かが、彼らの狂気が宇宙の他の部分に感染するのを防ぐために、彼らの周りに事象の地平線を作ることを強制する。

Without event horizons, physics may not make sense at all.

事象の地平線がなければ、物理学はまったく意味をなさないかもしれない。

So although black holes have been portrayed as the ultimate monsters of the universe, they may actually be the heroes that keep us safe from the madness of singularities.

ブラックホールは宇宙の究極の怪物として描かれてきたが、実は特異点の狂気から我々を守るヒーローなのかもしれない。

So if we do destroy the horizon, we might destroy the fundamental rules of the universe.

つまり、地平線を破壊すれば、宇宙の基本的なルールを破壊することになるかもしれない。

You know what? Let's not do that.

あのね。それはやめよう。

Conclusion.

結論

The safe option.

安全な選択肢だ。

As far as we know, there's just one safe method to destroy a black hole.

私たちの知る限り、ブラックホールを破壊する安全な方法はひとつしかない。

Wait.

待ってくれ。

All black holes emit tiny particles, a phenomenon called Hawking radiation.

すべてのブラックホールは、ホーキング輻射と呼ばれる小さな粒子を放出する。

This process causes them to slowly lose mass until they eventually evaporate, leaving behind no horizon and no naked singularity.

このプロセスは、徐々に質量を失い、最終的には蒸発し、地平線も裸の特異点も残さなくなる。

The time it takes for a black hole to completely evaporate depends on its mass.

ブラックホールが完全に蒸発するまでの時間は、その質量に依存する。

For our mini black hole, the size of a speck of dust, it will be about 10 to the power of 44 years.

私たちのミニ・ブラックホール（塵の一片ほどの大きさ）の場合は、44年の10乗年ほどになる。

10 billion trillion trillion times the present age of the universe.

現在の宇宙年齢の100億兆兆倍。

So is it possible to destroy a black hole?

では、ブラックホールを破壊することは可能なのか？

Yes. We just have to wait.

そうだね。あとは待つだけだ。

But you don't have to wait that long.

でも、そんなに長く待つ必要はない。

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