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ブラックホール情報パラドックス


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前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 .2 | 投稿日時 2020/10/4 12:06 | 最終変更
entangle1  常連   投稿数: 266
皆さんホーキング放射でBHが蒸発して「この世界から消えてなくなる事」にはそんなに反発しない、「問題だ」とは思わない様です。

ただその時に「BHに入り込んだはずの情報が消えている様に見える事が問題である。」とそう主張されている様に見えます。

ホーキング博士の「ブラックホール情報パラドックス」とは/ファビオ・パクチ
https://www.ted.com/talks/fabio_pacucci_hawking_s_black_hole_paradox_explained/transcript?language=ja#t-8743

この動画はたぶん「難しい内容をほぼ正確にやさしく説明している」とおもわれ、そうしてまた「業界の考え方はこうである」ということも教えてくれています。

それで、当方が理解できた範囲で申し上げれば「BHに入り込んだ、吸収された粒子の世界線、それは粒子の情報を運んでいたものですが、それがBHの中心にある特異点で消える」。

それで、それだけなら単に「粒子の情報が見えなくなった」ということで「ふたをしてお終い」になる話でした。

ところがホーキング放射でそのBHが消える、と。

そうなると「BHのどこかに保存されていたはずの粒子の情報が消えている様にみえる」。

これは「量子力学にとっては問題である」とそういう舞台設定に見えます。

逆に言いますと「量子力学と言うものは、どこまでも粒子の世界線を追いかける事が出来る」と主張している事になります。

もちろん、その粒子がほかの粒子と相互作用して別の種類の粒子に変わる事は許しており、その状況も計算できる、と言うのが量子力学である、と言えます。

その場合は「世界線は交わってそうして又離れていく。」

しかしその世界線が消える、という事はない、という事です。

しかし、BHに粒子が入り込んだ場合は世界線が消えていくように見える、という所に「ブラックホール情報パラドックスの本質がある」という事になります。


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前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿なし | 投稿日時 2020/10/7 3:37 | 最終変更
entangle1  常連   投稿数: 266
とりあえずITメディアの記事にてご紹介

https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2010/06/news155.html

 『ペンローズさんの受賞理由は「一般相対性理論がブラックホール形成を導くことの発見」。
ペンローズさんは英国生まれの天体物理学者で、ブラックホール研究で有名な故スティーブン・ホーキングさんとともに「ブラックホールの特異点定理」を研究した。
特異点定理では、アルベルト・アインシュタインさんが提唱した一般相対性理論から、重力が無限大になる「特異点」、つまりブラックホールが存在することを1965年に証明した。
・・・
ペンローズさんの他に受賞したのは、ラインハルト・ゲンツェルさんとアンドレア・ゲズさん。
ゲンツェルさんとゲズさんの受賞理由は「天の川銀河の中心にある超大質量で小さい物体の発見」。

 2人はそれぞれ、90年代から研究チームを率い、天の川銀河の中心に位置する「いて座A*」と呼ばれる領域を研究した。
この領域の明るい星の軌道を観測したところ、それぞれのチームが「非常に重くて目に見えない物体」を発見。
太陽並みの質量を持つ約400万個の天体が、その“物体”を中心に太陽系よりも小さな領域に集まっていることが分かった。
2人の研究チームの発見が、天の川銀河の中心に超巨大ブラックホールがあることの有力な証拠になった。』

せっかくですので「うぃき」にある「特異点定理」のアドレスを貼っておきます。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E7%95%B0%E7%82%B9%E5%AE%9A%E7%90%86

追記
ノーベル物理学賞のもう少し詳しい説明が日経サイエンスのページにありました。

https://archive.fo/i0eHk

ご参考までに。
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前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 | 投稿日時 2020/10/9 5:07 | 最終変更
entangle1  常連   投稿数: 266
「ブラックホール情報パラドックスは重大問題だ。」

そのように皆さんが考えるのは「BHも量子力学で記述できるはずだ」という主張の現れの様です。

それはつまり「もともと量子力学で記述できていた素粒子が集まってその結果できたBHだから、BHといえども量子力学で記述できるに違いない」という想いが見えます。

あるいは「この宇宙に存在するものはすべて量子力学で記述できなくてはならない」という「量子力学絶対主義の表明」でもある様です。

さて、その様な主張は「正しい」かもしれません。

あるいは「間違っている」かもしれません。

いずれにせよ現状は「BHに飛び込んだ素粒子」と「BHから出てくるように見えるホーキング放射による素粒子」との間に「量子力学で計算できる手段が見つかっていない」=「飛び込んだ素粒子の世界線はBH内で消えて、そうして新たな素粒子の世界線がBHの外側で誕生している様に見えている」のです。

そうして「宇宙はそのようであっても少しも困ってはいない」様であります。
↑↓
エネルギー、電荷、角運動量、運動量の各保存則は満足しています。

因果律も破れていません。

但し「現状では量子力学で計算できない」というだけですね。

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前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 | 投稿日時 2020/10/10 14:54
entangle1  常連   投稿数: 266
「事象の地平面」なんてなかった? ブラックホールに新理論、理研が発表 “情報問題”にも筋道
http://archive.fo/xtO2A


この話は「ダークマター検出の現状について・その2」で紹介したものですが、DMと言うよりは「BH情報パラドックスへの一つの回答」というのが「より正確な見方」でした。

『従来の理論では、光も脱出できない内側の領域をブラックホール、その境界を事象の地平面といい、ブラックホールの質量によって決まる事象の地平面の半径を「シュワルツシルト半径」と呼ぶ。
また、従来の理論に量子効果を加えたときに考えられる熱的な放射「ホーキング放射」によって、ブラックホールは最終的には蒸発してしまうと考えられている。
 しかしこれまでは、物質がブラックホールに落ちた後、その物質が持っていた「情報」がどうなるのかをうまく説明できていなかった。

ブラックホール理論研究の第一人者だった物理学者故スティーブン・ホーキング氏は「情報は永遠に失われる」という立場を当初取っていたが、晩年には「量子理論ではエネルギーと情報はブラックホールから脱出できる」(情報は保存される)と意見を変えた。
しかし、依然として情報がどこに行き、どのように戻ってくるかは分かっていない。
・・・
 ブラックホールに落ちていった情報については「今回の研究では、ブラックホールにリンゴが落下したとしても、リンゴはブラックホールの内部構造の一部となるので、リンゴの情報の居場所が分かる。
情報が内部で取りうるパターンを調べると、熱力学から導かれる結果にも一致する」(同)と説明する。
ブラックホール内での情報保存の在り方が分かれば、遠い未来には大容量の情報ストレージとしてブラックホールを活用できるかもしれないという。

 「物質の情報(波動関数)の経時変化(時間発展)を詳しく調べることで、蒸発後に情報がどのように戻ってくるのかを解明できる可能性がある」として、ブラックホール内部での情報の移動について調べたいと話した。』


当方のBHに対する理解とは異なりますが、このような方向で研究が進んでいる、という事は知っている必要がありそうです。

そうして、この理論の内容詳細については上記アドレスからご確認の程をお願いします。

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前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 | 投稿日時 2020/10/11 21:37 | 最終変更
entangle1  常連   投稿数: 266
さて今度はうぃきの記述に従って見ていきましょう。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%AB%E6%83%85%E5%A0%B1%E3%83%91%E3%83%A9%E3%83%89%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9#cite_note-giddings1995-9

日本語版に従いますが、例によってこの頁は英語版の訳になっていますので、英語版で補正しながら見ていきます。

https://translate.google.com/translate?hl=ja&sl=en&tl=ja&u=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FBlack_hole_information_paradox&prev=search

『パラドックスの解決に向けた主なアプローチ

・情報は失われ回収不能説
利点:比較的議論のない半古典的重力論の計算の直接的帰結であるように見える。

短所:(量子力学の要求する:訳注)ユニタリー性に違反します。(バンク、サスキンド、ペスキンは、エネルギーと運動量の保存則や局所性にも違反していると主張しましたが、自由度の高いシステムではこの議論は正しくないようです。)

・ブラックホールの蒸発の間、情報は徐々に漏れ出す説
利点:古典的な燃焼の過程における情報の回復と質的に類似しているため、直感的に理解しやすい。

短所:古典的および半古典的近似が適切な近似であると予想される巨視的ブラックホールの場合でも、古典的および半古典的重力(ブラックホールから情報が漏れることがない)からの大きな逸脱が必要です。

・情報は、プランクサイズの残骸(レムナント:残ったもの:訳注)に保存される説
利点:情報が逃げ出すメカニズムが必要ない。

難点:蒸発するブラックホールから逃げ出すあらゆる情報を保存するため、レムナントは無限の数の内部状態を必要とする。』

大きなBHがホーキング放射をしてプランクサイズ近傍に至った所で「何かがそこに残る=レムナント(残りもの)」説です。


「プランクサイズ・レムナント説」は当方が主張する「プランクレベル原始BH=CDM」説に近いのですが、いずれにせよその小さなレムナントの内部に多量の情報が存在する、、、というのは無理でしょう。


さて上記はウィキに載っている全ての対策を網羅していませんが、多くの方々は
『・・・パラドックスをどのように解決するかのアイデアには、様々なものがある。
1997年のAdS/CFT対応の提案以降、物理学者の間では、情報は保存され、ホーキング放射は正確に熱的なものではなく、量子補正を受けているとの考え方が大勢を占めていた。』
という説明、

つまりは
「・ブラックホールの蒸発の間、情報は(ホーキング放射をエンコードする形て:訳注)徐々に漏れ出す」
という説明が「お気に入り」の様であります。

ただし「放出されたホーキング放射をどのようにしてデコードしたら情報が取り出せるのか」は依然として不明のままですが、、、。

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前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 | 投稿日時 2020/10/13 15:52 | 最終変更
entangle1  常連   投稿数: 266
ブラックホールの防火壁(ファイアウォール)

一般相対論、あるいはBHと量子力学の相性の悪さは様々な問題を引き起こします。
そうして、その解決策としてたとえば
・「事象の地平面」なんてなかった? ブラックホールに新理論、理研が発表 “情報問題”にも筋道
http://archive.fo/xtO2A

と言うようなやり方を唱える理研の方がいるのは前に紹介した通りです。

あるいは「BHは防火壁(ファイアウォール)に囲まれている」というモデルを提案される方々もいます。

ファイアウォール(物理学)
https://translate.google.com/translate?hl=ja&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/Firewall_(physics)&prev=search&pto=aue

『パラドックスに対する「ファイアウォール」の解決
一部の科学者は、絡み合いは、落下する粒子と流出する粒子の間で、どういうわけかすぐに壊されなければならないと示唆しています。
この絡み合いを破ると、大量のエネルギーが放出され、ブラックホール事象の地平線に灼熱の「ブラックホールファイアウォール」が作成されます。
この決議は、自由落下は空の空間に浮かんでいることと見分けがつかないと述べているアインシュタインの等価原理の違反を必要とします。
この違反は「法外な」ものとして特徴付けられています。
ある理論家は、「ファイアウォールは単に空のスペースに表示することはできません。
レンガの壁が突然空のフィールドに表示され、あなたの顔を叩く可能性があります」と不満を述べています。
・・・
ファイアウォールはブラックホールの事象の地平線に存在し、事象の地平線の外側の観測者には見えません。
事象の地平線を通過してブラックホールに入る物質は、ファイアウォールで任意に高温の「粒子の渦潮」によって即座に「カリカリに焼かれ」ます。』

日本語の解説は大栗さんがやっておられます。

https://planck.exblog.jp/19026474/

『・・・ブラックホールに近づいた観測者が、事象の地平線を通り越すときに何も特別なことが起きないとすると矛盾が起きる。
それを避けるために、地平線のところが高温になっていて、観測者は焼き尽くされてしまうのではないか。
地平線は防火壁なのではないか、というのです。

今月にもスタンフォード大学でこの問題についての研究会が開かれましたが、混乱は収拾していません。
物理学でこのようなパラドックスが見つかるというのはよいことで、それを理解することでブラックホールの量子力学の理解がさらに進むことが期待されます。(2012年 12月 20日)』

そうして、これらのBHモデルはなかなか通常のBHモデルとは異なっている様に当方には見えるのです。

その原因は何か、といいますればやはりBHと量子力学の相性の悪さ、一般相対論と量子力学の相性の悪さ、でありましょう。
それにもかかわらず、量子力学で考えた時に矛盾が起きないようにBHを記述しようとするとこういう事になる、というような例であります。

しかし量子力学も一般相対論もそれぞれの担当エリアでは確実に成立している精度の高い理論でありますから、そうは簡単にここで起きているパラドックスは解消されないものと思われます。

さて当方の理解では一般相対論は「時空の物理学」であり、量子力学は「その時空の中で起こる物の変化の物理学」となります。

それでこの2つの理論を矛盾なく統合した理論は「量子重力理論」と呼ばれる事が決まっております。
しかしこの理論は「名前は確定していますが、残念ながら内容がいまだ不明」という代物なのであります。

そうではありますが、「次の物理学がこれらのパラドックスの向う側にある」という事は十分に予想出来る事であります。

追伸
次の物理学では「一つの数学的な表現」から量子力学と一般相対論が「なにかのパラメータ(複数?)を極限に持って行くことで」自然に現れてくる必要がある、という事の様に見えます。

つまり「ダイヤルをみぎに回すと一般相対論になり、左に回すと量子力学になる」。
そうして「ダイヤルが中立だとホーキング放射を正確に表すことが出来る」とそういう事が出来るものになります。

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entangle1  常連   投稿数: 266
さてこれまではどちらかと言うと「量子力学の前提のもとでBHを記述しようとする立場」の主張を見てきました。

それで今度は逆の立場
・情報は失われ回収不能説
利点:比較的議論のない半古典的重力論の計算の直接的帰結であるように見える。

に立つとどうなるのかを考えてみます。

この説によれば「BHに飛び込んだ粒子の世界線はそこで終わる」=「粒子が運んでいた情報は消える=「粒子の波動関数は消える」という事になります。

まあそれは認めたとして、星が重力崩壊してBHが誕生する時をみてみますと、「それまでは波動関数で記述できていた粒子の集まりである星」が最後には「波動関数で記述できない」=「量子力学で計算できない」BHになるという事になります。

つまりこの世には一般相対論が扱う「時空」と量子力学が扱う「物質」とそれから「物質から変化したBH」がある、という事になります。

そうして「BHは一般相対論が扱うものだ」としますと、「BHは時空的存在である」ということになり、それはつまり「物質」から重力の作用で「時空になった」とも解釈できます。

さてそれで「そうやって出来上がったBH」に飛び込んだ一個の素粒子ですが、その世界線を過去にたどりますとインフレーションの時代にまで行き着く事になります。

そうしてそこでは「その素粒子は時空から生まれてきた」ように見えるのです。

そうであれば「時空から生まれた素粒子がBHの中で時空に帰る事」はそれほどおかしな事には見えない、とも言えます。

さて、飛び込んだ素粒子がBHに持ち込んだエネルギーはそこで保存されます。

次に、ホーキング放射を考えますと、BHはそのようにしてため込んだ自分のエネルギーをホライズン外部での「新しい粒子の創造に使う」様に見えます。

そうしてそれは「あらたな情報の創造」=「新たな波動関数の創造」でもあります。

そうであればホーキングさんの論文の題名は “Particle Creation by Black Holes”
となっているのであります。


https://archive.fo/ICyYE
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