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ブラックホールは情報を破壊するんでしょうか？これは、宇宙を理解するために物理学者が解決したいと願う大きな謎やったとされてます。少なくとも科学ライターの皆さんはそう思ってほしかったんでしょうね。でも結局、その大きな謎はフィズルアウトしてしまいました。一体何が起こったんでしょう？見ていきましょか。
ブラックホールの情報損失に関する最大の問題は、実は情報に関する問題ちゃうということです。だから「情報」の意味について悩まんでもええんです。それは全く関係ないんです。問題は、スティーヴン・ホーキングが発見したことで、ブラックホールは放射を放出することで崩壊する可能性があるということです。これは今ではホーキング放射として知られてます。
彼の計算によると、この蒸発過程は不可逆的なんです。つまり、崩壊したブラックホールの最終状態（これは単なる放射の集まりです）から、何がブラックホールを形成したのか、あるいは後で何が落ち込んだのかを判断することができないということです。言い換えると、多くの初期状態が同じ最終状態につながるということです。
物理学者がこの文脈で「情報」というのは、失われてしまう初期状態を記述するすべての詳細のことを指してるだけなんです。普段私たちが使う情報という意味とは違います。実際、これはブラックホール不可逆性問題と呼ぶ方が適切でしょう。これが問題なのは、この不可逆性が量子物理学と相容れないからです。量子物理学では、測定以外のすべてのものが可逆的であるはずなんです。
はい、それは本を燃やすのも原理的には可逆的な過程やということです。実際に本を見たい場合は別ですけどね。理論上は、煙と灰の中の粒子についてすべての詳細を知っていれば、本の中身を計算できるはずです。もちろん実際にはできませんが、これは理論物理学の話ですからね。
問題は、ブラックホールが蒸発する場合、測定の前に不可逆性が発生することです。そしてそれが数学的な矛盾を生み出すんです。これが理論物理学者の夜眠れなくさせるような類いの問題なんです。
これが起こる理由は、ブラックホールの地平線そのものではありません。不可逆性が起こるのは、ホーキング放射が地平線を越えて絡み合った粒子対で構成されているからです。対の一方が特異点に落ち込んでしまうんです。それは消えてしまって二度と出てこない、それで終わりです。これが不可逆性を引き起こし、最終的に情報を破壊するものなんです。
ちなみに、この動画にはクイズがついていて、どれだけ理解できたかチェックできます。でも待ってください。「ブラックホールの中には本当に特異点なんてないんじゃないの？」って思われるかもしれませんね。まあ、彼らが言うことと違って、大学院生を送り込んで確認したわけやないので、誰も確実なことは分かりません。ただし、物理学者は広く、ブラックホール内部の特異点は単に数学が破綻することを意味すると考えています。
ブラックホールの特異点付近で何が起こるかを正確に記述するには、時空の量子的性質に関する理論、つまり量子重力理論が必要です。でも、そんな理論はまだないんです。
だから、ホーキングの計算の何が間違っているかは常に明らかでした。量子重力を考慮に入れていないんです。また、これは実験的に検証できないプロセスでもあります。私たちが発見したブラックホールのホーキング放射は、測定できないほど弱すぎるからです。
理論もデータもない状況で、物理学者たちはブラックホールの蒸発について多くの物語を作り上げました。ブラックホールは完全には蒸発せずに残留物を残すのかもしれない。情報は決して落ち込めないのかもしれない。特異点で跳ね返るのかもしれない。結局は放射とともに出てくるのかもしれない。地平線にとどまっているのかもしれない。ブラックホールは実在しないのかもしれない。などなど。
そして科学ライターたちがこれを大きな謎として作り上げたんです。ところが、ここ数年、量子重力についての我々の知識（多くはないですが、少なくとも何かはある）を考慮に入れると、実はホーキング放射に情報が含まれているように見えるという論文がいくつか出されました。
この研究の著者たちは、これですべての情報を取り出すのに十分やと主張しています。つまり、最初から何の問題もなかったということです。彼らの論文は「無から騒ぎを」と題すべきやったと思います。
私はこれが数学的に正しいと判明するかについては、やや懐疑的です。なぜなら、それは全く情報が特異点に到達しないということを意味し、それがどうして可能なのか理解できないからです。でも正直なところ、私はあまり気にしていません。なぜなら、どっちにしても正しい答えを見つけることはできないし、たとえ見つけたとしても、何の役にも立たないからです。
実は、私がこれをお話ししている理由は、この問題を解決することで何かを学べるはずだと思っていたからです。でも考えれば考えるほど、最良の場合でも自然について学べることは何もないと気付きました。哲学的にも面白くないんです。それは単に、データによって決着がつけられない競争で、誰の数学が一番きれいかについて理論物理学者たちが争っているだけなんです。じゃあ要点は何なんでしょう？まあ、要点は特異点なので、量子重力の要点は要点がないことやと言えるかもしれませんね。
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