Well, this is scary enough. They have an even more powerful and dark property: they might delete the universe itself.

これだけでも充分に恐ろしいですが、もっと強大でブラックな性質があるのです。宇宙そのものを消し去ってしまうような…

Black holes in a nutshell

[音楽]

A black hole appears when an extraordinary amount of matter is concentrated in a tiny space.

「ブラックホールの簡単なまとめ」

At their center, gravity is almost infinitely strong and whatever gets too

ブラックホールは、小さな空間に非常に多い物質が集中している時に現れます。

close is ripped into its elementary particles.

その中心では重力がほぼ無限に強く、近づき過ぎた物は

Not even light can escape black holes, and so we perceive them as spheres of blackness.

素粒子に分解されます

If you were to fall into a black hole, nothing bad would happen until well after you crossed its outer border: the event horizon.

光ですらブラックホールを脱出することはできないため、我々はそれを黒っぽい球として認識するのです。

You can imagine this as swimming in a river that ends in an enormous waterfall.

あなたがもしブラックホールに落ちて行ったとしても、その境界（事象の地平面）を超えるまでは何も悪いことは起きないでしょう。

As you float along, imperceptibly, the stream gets faster and faster, even if you can't see the waterfall yet.

巨大な滝がある川で泳ぐことを想像してみてください。

You could swim to safety, until without even noticing it, you cross the point of no return.

まだ滝が見えていなくても、あなたがプカプカしてるうちに、いつの間にか流れがどんどん速くなります。

No matter how fast you try to swim now, the stream will pull you towards certain death.

たとえ気づかなかったとしても、あなたが取り返しのつかない地点までは、安全に泳げるでしょう

Nothing can escape a black hole waterfall once it gets too close.

しかし、そこを一度こえたら、あなたがどんなに速く泳ごうとも、流されて帰らぬ人になります。

This border completely separates black holes from the rest of the universe: we can't access them unless we're willing to never return.

一度近づき過ぎたら、何もブラックホールの滝を逃れることはできません

So there's no way of telling what's really going on inside black holes,

この境界によって、ブラックホールは外界と完全に切り離されています。二度と戻らぬ覚悟なしには、到達できないのです。

but we have a few ideas about what's going on right at their very edges.

だから、ブラックホールの内部で本当に何が起こっているのかは、はっきりしないのです。

Black holes radiate their mass away, like a hot pot on a stove losing its water as steam.

しかし、その境界ギリギリのところで起こっていることについては多少知られています。

This is called Hawking radiation.

ブラックホールは、火にかけた鍋が水を蒸気として失うように、その質量を放射して失います。

Black holes constantly lose an extremely tiny amount of their mass,

これは、ホーキング放射と呼ばれています。

a process that's unbelievably slow.

ブラックホールは、その質量のうち非常に小さな量を、常に失います

It will take a black hole with a mass of our sun 10,000 billion billion billion billion billion billion years to lose 0.0000001% of its mass.

これは信じられないほど遅い過程で、

This is happening constantly and unstoppably, and as it goes on it speeds up more and more.

私たちの太陽と同じ質量のブラックホールがその質量の0.0000001%を失うのに百阿僧祇年かかります

In the far far future when the last star in the universe has been dead for trillions of years,

これは絶えず起こっていて、それが進むにつれて、どんどん速くなります

black holes will become tinier and tinier until they evaporate and disappear, leaving behind just a bit of radiation.

宇​​宙の最後の星が死んでから数兆年もたった、遠い遠い未来では

But this is a problem, because in the process of disappearing black holes might delete something fundamental: information.

ブラックホールは、どんどん蒸発して小さくなり、最後には僅かばかりの放射線になって消えてしまうのです。

2 - What is information?

しかし、ブラックホールが消滅する過程で根本的なもの（情報）が消えてしまう可能性があるため、これは問題です。

Information is nothing tangible. It's typically understood as a property of the arrangement of particles. What does this mean?

2 - 情報とは

Imagine a bunch of carbon atoms. Arrange them in a certain way and you get coal.

情報は、形のあるものではなく、しばしば、粒子の並び方の状態だとされます。それはどういうことでしょうか？

Arrange them in a different way, and you get a diamond.

炭素原子の集まりを想像してみてください。ある特定の方法で配置すると石炭になります

The atoms are the same, what changes is the information. If we make this more complex and add in a few more atoms,

別の方法だと、ダイヤモンドになります

we get a banana.

原子も同様で、違いを生むのは情報です。これをより複雑にし、さらにいくつかの原子に追加すれば

Change the arrangement of the atoms, and we get a squirrel.

バナナの出来上がりです。

The basic building blocks of everything in the universe are the same,

原子をまた並べ替えると、こんどはリスになりました

and don't care if they're part of a bird or a rock or a cup of coffee.

宇宙のすべての物の基本的な素は

Without information everything in the universe would be the same.

同じであり、鳥や岩やコーヒーカップのどれであろうと、彼らの知ったことではありません

According to the theory of quantum mechanics information is indestructible.

情報がなければ宇宙のすべての物が同じになってしまいます。

It might change shape,

量子力学の理論によれば、情報は不滅です。

but it can never be lost: for example if you burn a piece of paper, you get ash.

形は変われど失われることはありません。

That ash will never become paper again.

例えば、紙を燃やせば灰になります。

But, if you were able to carefully collect every single carbon atom in the ash, and measured the exact properties of the smoke and heat

その灰が再び紙に戻ることはありません

radiating from the fire, you could, in theory reconstruct the paper.

しかし、もし灰の中から注意深く一つ残らず炭素原子を集めて炎から放射される煙と熱の正確な性質を測定できたとしたら

The information of the paper is still in the universe. It's not lost,

理論的には、紙を再構築することができます。

it's just hard to read.

紙の情報は失われたわけではなく、あいかわらず宇宙に存在しています。

If you could somehow measure every single atom and particle and wave of radiation in the universe,

読みにくくなっただけです。

you could see and track every bit of information there is.

もし、何らかの方法で宇宙の全ての原子や素粒子や波の放射を測定できたとすれば、

Hypothetically, you could see the entire history of the universe right back to the Big Bang.

現存する全ての情報を取得して追跡できるはずです。

And here black holes trip us up.

仮説上、ビッグバン以来の宇宙の歴史全体を見ることができるのです。

Information tells us how things are different from each other and what used to be what.

ここでブラックホールが、引っ掛けてきます

Black holes do the opposite: they take different things and make them the same. They destroy information.

情報からは、物事が互いにどう異なっているか、そして何が何だったかがわかります。

This creates the information paradox, and this is a serious problem.

ブラックホールはその逆です。違うものをもってきて平等にします。情報を破壊してしまうのです。

The information paradox

これは、情報の逆説を生み出し、深刻な問題になります。

It's fundamental for all our laws of physics that information can never be lost.

情報の逆説

Existing, not existing. Without information, everything is relative.

情報が失われることは決してないということは、物理学のすべての法則にとって基本です

When it comes to our understanding of reality, we need absolutes.

存在するかどうかなど、情報がなければ

How could we solve this paradox?

全て絶対ではなくなります。

There are a few possibilities.

現実を理解する上では、絶対が必要です

1) Information is lost.

このパラドックスをどうしたものでしょうか？

Irretrievably and forever.

いくつかの可能性があります。

This means we have to nix all our laws of physics, throwing out a lot of stuff

1）情報は失われる

that's worked very well so far and to start from scratch

修復不可能、かつ永遠に

What those new laws of physics would look like, or what that means for us, nobody knows.

そうなると、これまでの物理法則が台無しになって

This is a little frightening, but also kind of exciting.

今までうまくいってたものの多くを捨てて、最初からやり直しになるということです。

2) Information is hidden.

そんな新しい物理法則がどんなものか、何を意味するのかなど誰にもわかりません。

Maybe a little part of the black hole splits off and forms a baby universe.

ちょっとおっかないですが、ワクワクもします。

The information would be transferred into this new weird place, where we could never observe or interact with it,

2）情報は隠れている

but technically it would not be lost.

もしかすると、ブラックホール一部がが分離して、赤ちゃん宇宙を形成し

It's like having a broken hard drive with all your family photos, that you could never access.

情報は、私たちが観察したり操作したりできない、この新しい奇妙な場所に転送されますが

Sure, it's nice that they've not been deleted, but also not very helpful.

厳密には失われていません。

Or maybe black holes don't disappear completely after the end of their life cycles,

それはあなたがアクセスすることができない壊れたハードドライブにすべてのあなたの家族の写真が入っているようなものです。

but a little piece is left, an information diamond.

確かに完全に消されてはいないという点では素敵ですが、あまり有用ではありません。

like a clown car filled with an infinite amount of information clowns.

それとももしかすると、ブラックホールは、一生の最後に完全には消滅せず、

But there's a third option:

小さな情報ダイヤモンドが残っていて

Information is safe after all, not lost or hidden.

ピエロの車が無限の情報ピエロだらけになっているみたいな…

Perhaps we've just been looking at this whole thing the wrong way.

じつは、第三の可能性があります

We know that black holes trap information and might delete it later, but we never thought about what they do with it in the meantime.

結局のところ、情報は消えても隠れてもいません

Where do black holes store their information?

もしかしたら、我々の見方が全体的に間違っていただけかもしれません。

Cosmic housekeeping

ブラックホールが情報を捕捉して、後からそれを消してしまうかもしれないことは知っていますが、それまでの間どうするかについては考えてきませんでした。

Let's create a black hole with dirty laundry.

ブラックホールは、情報をどこに保存しているのでしょうか？

First, we fill up a room with laundry baskets: the more laundry you want to store, the more baskets you put in the room.

宇宙のハウスキーピング

But at some point every single basket is full, and the room is completely stacked, not a single extra sock fits in.

汚れた洗濯物でブラックホールを作成してみましょう

The room is at maximum capacity.

まず、洗濯物かごで部屋を埋めていきます：洗濯物が多いほど、かごもたくさん部屋に必要ですね。

But if we still squeeze the sock in with a lot of energy and violence, the room collapses in on itself and forms a black hole.

しかし、いずれかは、かごが一つ残らずいっぱいになって、部屋も完全にパンパンで、靴下の一つも入らなくなります。

But the capacity of the room itself has not changed, fitting in more stuff or information is still impossible.

部屋は満杯でござる。

So what happens if we throw more laundry into it?

それでも無理やりたくさんのエネルギーを使って靴下をブッこんだとすれば、部屋は崩れてブラックホールになります。

The room itself gets a little bit bigger to make space for the new information.

しかし、部屋自体の容量は変わっていないので、これ以上情報の為に物を詰め込むことは依然、不可能です。

It turns out a black hole grows its surface by a tiny pixel for each bit of information we throw into it.

それでも更に洗濯物を突っ込んだらどうなるでしょうか？

In a nutshell, more information means more surface area.

新たな情報のための場所を作るために部屋自体が、少し大きくなります。

The information gets painted on the surface, similar to what happens when we throw a stone into a pond.

実はブラックホールは情報を投げ込まれると、ちょいとばかり表面が大きくなります。

After the stone sinks to the bottom we can't see it anymore,

つまり、情報が多いほど、表面積が大きいのです。

but we can tell that something went in from the ripples on the surface of the pond.

情報は、池に石を投げ込んだときのように表現されます。

Even the smallest black hole can store more information on its surface than all the data ever produced in human history.

石が底に沈んだら、もうみえません。

They do this by storing information in a type of pixel that is unbelievably tiny.

しかし、池の表面が波立っていることから何かが池に入ったことはわかります。

Black holes are the ultimate hard drive.

ブラックホールで一番小さいものでも、その表面上に人類の歴史上の全てのデータより多くの情報を、格納することができます

This is a bit like taking a paper back, and turning it into an e-book, two things that look completely different.

それは、信じられないほど小さな領域に情報を保存することで可能になります。

But their content is the same -- it's just encoded and memorized in another way.

ブラックホールは、究極のハードドライブです

Black holes swallowing stars and planets is a bit like transferring a whole library onto an e-reader.

これは、紙の本を電子書籍にするのに、ちょっと似ています。これら２つは全く違って見えますが

This solution is called the holographic principle, but if it's correct then everything we thought we knew about the universe is wrong.

その内容は同じです。違う方法で符号化され記録されているだけです。

The universe is a hologram

ブラックホールが星や惑星を飲み込む様は、図書館をスキャナにかけているように見えなくもありません。

If information is actually stored on the boundary of a black hole, the Hawking radiation has a chance of learning about the information

この説は、ホログラフィック原理と呼ばれます。しかし、これが正しいならば、我々は知ってると思っていた宇宙すべてが間違っていたことになります。

encoded there, and can carry it away.

宇宙はホログラム

So, information is not lost when black holes fade away,

もし情報が本当にブラックホールのみかけの地平面上に保存されているのだとしたら、

and we do not need to redo physics: the information paradox is resolved.

ホーキング放射が情報について知る機会をがあり

But we still have to change our understanding of reality in a fundamental way.

そこで符号化され、伝播することができます。

If everything that falls into the black hole is stored on its event horizon, that basically means that three-dimensional stuff is encoded on a flat surface.

だから、ブラックホールが消えていっても情報は失われていませんので

We have a name for this: a hologram.

我々は物理学をやり直す必要はありません。 情報の逆説は解決しました。

A hologram is like a 3D photo, a flat piece of plastic that encodes a three-dimensional image.

しかし私達の現実の理解は、それでも根本的に変えるしかありません。

A black hole is like a hologram, because everything inside it is encoded on its event horizon.

もしブラックホールに落ちる全てのものがその事象の地平面上に保存されている場合、基本的に三次元のものが、平らな表面上に符号化されていることを意味します

A person inside a black hole will experience their usual three-dimensional life.

そんな仕組みに、もう名前がついてます。 ホログラムです。

but for us on the outside they are flattened images on the surface of the black hole.

ホログラムは、3D写真のようなもので、三次元画像を符号化して平らなプラスチックに符号化するのです。

The consequence of this is counterintuitive, but stay with us for a moment.

ブラックホールは、その内部のすべてが事象の地平面上に符号化されるので、ホログラムのようなものだと言えます。

Black holes are very extreme objects, but they're still bound to the same rules as everything else.

ブラックホール内部の人は、普通の三次元の世界を体験しますが

So if this crazy duality between 2D and 3D works for black holes, then it might work for the whole universe, and you in it.

外の私たちにとっては、彼らはブラックホールの表面の平らな画像です。

Since a person inside a black hole would not realize that they're encoded on a flat surface,

この結論は直感に反しているようですが、ちょっと聞いてください。

we might share the same fate: you really might be stretched over a flat screen at the end of the universe.

ブラックホールは非常に極端な物体ですが、他の物と同じ規則に縛られています。

The science behind this is complicated and really weird, with toy universes to play with, string theory and a lot of maths.

ですから、二次元と三次元の間のこのブッ飛んだ二重性がブラックホールに許されるなら、あなたを含む宇宙全体に許容されるかも知れないのです。

We'll talk about this more in another video.

ブラックホールの中の人は、自分が平らな表面上に符号化されていることに気付かないでしょうから

Regardless of what the true nature of the universe really is, we just know that it's strange and complicated,

私たちとて、同じ運命なのかもしれません。 あなたも実は宇宙の果の平らな面に平たくなってるかも知れないのです。

and we have to do a lot more physics to understand it.

この背後にある科学は複雑で、本当に奇妙で、遊べるおもちゃ宇宙と弦理論と質量がたくさんついてきます。

But black holes might be key to understanding the nature of reality itself.

この話は、別のビデオでやりましょう。

This video was supported by the Swiss National Science Foundation, and realized with the scientific advice of Alessandro Sfondrini.

とにかく、宇宙の本質については実のところ、我々は奇妙で複雑だということを知っているだけで、