情報が「ブラックホール」に落ちたら、本当に跡形もなく消えてしまうのでしょうか？

マサチューセッツ工科大学は1月29日、天文学者が近くの星を飲み込むブラックホールを18個発見し、新たな潮汐破壊現象を18件確認したと報告した。潮汐破壊現象は、近くの恒星が潮汐力によってブラックホールに引き込まれ、引き裂かれる極端な現象です。これらの発見は、近傍宇宙における既知の潮汐破壊事象の数が倍増したことを裏付けている。そしてつい最近、イタリアとスペインの天文学者が、太陽からわずか150光年離れたヒアデス星団の近くに潜む、地球に最も近いブラックホールを発見したかもしれない。これらのブラックホールは、何百万年も前に密集した星団から放出され、その後銀河内を単独でさまよっていた可能性がある。

ブラックホールは宇宙で最も神秘的な天体の一つであり、その特性と情報の保存性は常に科学者の間で議論の焦点となってきました。近年、ノーベル物理学賞は天体物理学関連の科学者に4回授与されています。

2020年のノーベル物理学賞は3人の科学者に授与されました。英国の科学者ロジャー・ペンローズ氏は、ブラックホールがアインシュタインの一般相対性理論の直接的な結果であることを証明したことでこの賞を受賞した。ドイツの科学者ラインハルト・ゲンツェル氏とアメリカの科学者アンドレア・ゲズ氏が、天の川銀河の中心部にある超大質量天体を発見したことでこの賞を受賞した。その中で、ロジャー・ペンローズ氏の受賞は、長年のパートナーであった故物理学者スティーブン・ホーキング氏への賛辞と広く見なされている。ホーキング氏はブラックホール形成の理論的予測に重要な貢献をしたからである。

ブラックホールに温度があるかどうかを2年間研究した後、ホーキングはついにホーキング放射、つまりブラックホールには温度があり熱放射を放出するという考えを提唱しました。しかし、これによって問題も生じます。ブラックホールが熱放射を放出すると、完全に蒸発してしまう可能性があるため、飲み込んだ物質に関するすべての情報は永久に消えてしまうのでしょうか?この疑問は、情報が保存されるかどうかをめぐる論争を引き起こした。

宇宙の奥深くには、光さえも逃れられないほどの強い重力を持つ神秘的で強力な天体が存在します。これはブラックホールです。ブラックホールの形成は星の進化から始まります。星の核燃料が尽きると、激しい重力崩壊が起こる可能性があります。このプロセスの結果として、超新星爆発やブラックホールの形成が起こる可能性があります。ブラックホールは、非常にコンパクトな天体であり、その重力場は非常に強いため、光を含めて周囲の何ものも脱出できません。

ブラックホールには事象の地平線と呼ばれる特定の境界があり、この境界を越えた物体はブラックホールの重力から逃れることができません。ブラックホールの内部には特異点と呼ばれる点があり、その密度は無限大で物理法則では説明できません。このため、ブラックホール内部の特性については憶測と混乱が渦巻いています。

情報保存は物理学における重要な基本原理であり、物質の情報は永久に失われたり破壊されたりすることはないというものです。しかし、物質がブラックホールに入ると、その物質に関するすべての情報が失われるようで、ブラックホールが情報保存の法則に違反しているかどうかについて科学者の間で論争が巻き起こっている。

天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールの最初の写真が2022年5月に公開されました。（出典：新華社通信）

1974年、ホーキングはブラックホールの放射、すなわちホーキング放射に関する理論を提唱しました。この理論によれば、ブラックホールは完全に暗いわけではなく、弱い放射線を放射しており、ブラックホールは徐々に質量を失い、最終的には蒸発することになります。ホーキング放射は情報保存の問題に対する可能な説明を提供しますが、科学者たちはその信憑性をまださらに調査中です。

科学技術の進歩とブラックホールに関する徹底的な研究により、情報保存の問題を解決しようとするいくつかの新しい理論が徐々に登場してきました。量子重力理論や弦理論などは私たちに新しいアイデアをもたらし、これらの理論はブラックホール内部の量子レベルでの奇妙さや、ブラックホール内部で情報が本当に永久に失われているのかどうかを明らかにしようとしています。

研究は深まり続けていますが、ブラックホールについてより多くのことがわかってきており、情報保存の問題でもいくつかの進歩が遂げられています。しかし、これはまだ複雑で奥深い分野であり、今後の研究によってブラックホールや宇宙そのものに対する理解がさらに深まることでしょう。この「情報保全の戦い」において、科学者たちは宇宙のこの魅力的な謎についての真実を解明するために懸命に取り組んでいます。

（著者はSF作家です）