【物理】蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述 ブラックホールは未来の大容量情報ストレージ？ 理研 [しじみ★]
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理化学研究所（理研）数理創造プログラムの横倉祐貴上級研究員らの共同研究チームは、量子力学[1]と一般相対性理論[2]を用いて、蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述しました。
本研究成果は、ブラックホールの正体に迫るものであり、遠い未来、情報[1]を蓄えるデバイスとしてブラックホールを活用する「ブラックホール工学」の基礎理論になると期待できます。
近年の観測により、ブラックホールの周辺のことについては徐々に分かってきましたが、その内部については、極めて強い重力によって信号が外にほとんど出てこられないため、何も分かっていません。また、ブラックホールは「ホーキング輻射[3]」によって最終的に蒸発することが理論的に示されており、内部にあった物質の持つ情報が蒸発後にどうなってしまうのかは、現代物理学における大きな未解決問題の一つです。
https://www.riken.jp/medialibrary/riken/pr/press/2020/20200708_3/20200708_3_fig.jpg
■研究手法と成果
共同研究チームは、蒸発の効果を最初から取り入れて、物質が重力でつぶれていく過程を理論的に解析しました。
球状の物質でこの過程を考えてみましょう（図1A）。連続的に分布した球状物質を、たくさんの球状の層の集まりと見なします（図1A1）。各層は、多くの粒子から成るはずです（図１A2）。その中の一つの粒子が重力により引かれ、中心に落下している様子を考えます（図１A3）。その重力は、粒子より内側にある物質のエネルギーによって決まります。そのエネルギーに相当するシュワルツシルト半径（図1A3の赤い破線）は、ホーキング輻射によりエネルギーが減っていくために時間とともに小さくなります。このとき、落下してきた粒子がシュワルツシルト半径の近くまでやってくると、落下と蒸発の効果が釣り合って、蒸発が先に生じている分だけ、粒子はシュワルツシルト半径に届きません（図１A3）。その結果、粒子はシュワルツシルト半径を通り越さず、そのわずかに外側のある所に近づいていきます。
これと同じことが球状物質のあらゆる所で生じ、この物質全体は収縮して、中身の詰まった高密度な物体ができあがります（図1B）。特に、最も外側の層を成す粒子たちは、全エネルギーに相当するシュワルツシルト半径のわずかに外側の所に近づいていくため、それがこの高密度な物体の表面になります。このイベントホライズンを持たない高密度な物体がブラックホールです。表面の半径とシュワルツシルト半径の差がわずかであるため、外からは、これまで考えられてきたブラックホールのように見えます。そして、非常に長い時間が経過した後、最終的には蒸発してしまいます（図1C）。
物質の量子力学の効果を取り入れたブラックホールの形成と蒸発の図
図1 物質の量子力学の効果を取り入れたブラックホールの形成と蒸発
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重力でつぶれていく球状物質の内部を表す時空計量[2]と波動関数[1]を、物質の量子力学の効果を含むアインシュタイン方程式である「半古典的アインシュタイン方程式[4]」の解として構成したところ、上記の描像が示されました。その解には特異点[5]は現れず、また、真空の量子力学的効果により発生した大きな圧力が物質を支えていることが分かりました。
図1のAからBは、重力が極限的に強くなり物質が「凝集する」過程であり、それは水分子が水蒸気（気体相[7]）から水（液体相）になる過程に似ています。また、BからCの蒸発過程は、逆に水が水蒸気に変化することに相当します。この現象は、万有引力により全ての物質に対して普遍的に生じます。その意味で、ブラックホールとは、あらゆる物質が強い重力下で極限的にとる状態、すなわち「ブラックホール相」だといえます。
この解では、物質がブラックホール内部にどのように分布しているのかが分かるため、その情報（波動関数）がどこにあるのかを特定することができます。実際に、情報が内部で取り得るパターンの総数（情報量、エントロピー[8]）を調べると、それは熱力学[8]から導かれる結果「ベッケンシュタイン・ホーキング公式[9]」に一致します。これは、本研究で得られたブラックホールの内部構造が、これまで知られていたブラックホール外部の振る舞いと整合的であることを意味しています。
続きはソースで
https://www.riken.jp/press/2020/20200708_3/index.html なるほど、
「一家に一つブラックホール」。
そういう時代が、すぐ来るんだろう。 シュバルツシルトだな
この研究のおかしな所はブラックホール内部では時間が止まってるのを無視してるとこ さっぱりわからん
ましてこれを数式にして討論できるやつは頭がおかしい 物質を効率よくエネルギーに変換できる装置になるんじゃないのかね。
作った途端に地球が飲み込まれはじめたら面白い。 ブラックホール「オレを黒く表現する奴らはレイシスト。見たこともないのに黒く描写するのは偏見以外の何者でもないだろうが」 情報を外に漏らさない以上ブラックホールの内側は既に別宇宙というか異次元宇宙なんじゃあないのかな。
内部を観測出来ない以上少なくともこちら側と同じ物理法則である必然はない。 我々はブラックホールに記録されたメモリの一部に過ぎないと言うこと？ つまり、磁気テープ、磁気ディスク、光学ディスクと同列にブラックホールを採用するっていう話？
話も難しいけど発想すら理解できん。 理論だけ先行しすぎて観測が追い付いていない事なんで
なんともって感じ 後ろから頭をはたいて、「正気に戻れ」って言ってあげたい ブラックホールで熱力学第二法則を満たすためにはエントロピーを持たせる必要が
あるがブラックホールに吸い込まれた物質は消失してしまい、量子状態が不可逆的
に常に同じ状態になってしまう・・シュレディンガーの猫のたとえ話にある観測し
た時点で量子状態が決定するという事と矛盾してしまう。吸い込まれた物のエント
ロピーは情報としてブラックホール内に保存されるということか・・ 取り出せないんだから
倉庫にはならない
アメリカのシンクの排水口みたいな
流したらお終いのやつ 量子重力理論が完成したらまた違った結果が出るんだろうか ブラックホールの情報量は粒子の情報量ではなく、波としての量子が波動が
複雑になっているだけ、つまりブラックホールの質量のサイズにかかわらず
その情報量は同じ無限大である。
じゃなければ無限井戸という説明が嘘になる。
逆にいえば、原子1個で発生しえる量子状態でも無限の情報ストレージになりうる。
だが不確定性原理でその情報を正しく読み出すことはできない。
量子コンピュータはそれを1ビットデジタルとして何度も同じ計算をさせ読み出す読み出すことで
不確定な読み出しを隠蔽しているだけだ。
つまり読み出しは複数回行う必要があり、さらに読み出しはアナログ的にはできない。
できるのは量子の特徴である波の性質がその部分の土壌となる粒子に依存していない
原理により波を幾らでも重ね合わせしても重ねあわせ限界は無い（発見されていない）ということだ。
限界があるならば水の水面を量子に例えて波を合成で計算するコンピュータでも同じことができる。
水の場合は水分子の総数上限がありその領域を超える複雑な波は作れない。 理解できないものを前にしたとき、
人は空想する。それは良いのだけれど、
問題は見えていても妄想するって事。
それを咎めたのだけど、
全く聞く耳持たないから、
神様は楽園から人を追い出されましたとさ。 情報＝エネルギーなだけだろ？
相互に交換可能なら、ホーキング輻射でブラックホールが蒸発しても何も困らない。
研究で具体的にどういう作業をしたのかさっぱり分からん。
やってみたらホーキングの理論に一致したらしいが、実験って事でもなさそうだし。
>>5
内部で時間は止まっていないし、これに内部は関係ない。
>>23
ベッケンシュタイン境界でググれ。
質量m, 半径R の球体に蓄積できる情報量の上限は、およそ 2.57 x 10⁴³ mR [bit/kg/m] って話。 ブラックホールドライブをWINDOWSに任せていいのかw
暴走するぞ なんかみんなブラックホールに期待しすぎだよ重力が強いだけで、ただの重い物質の塊なだけなのに 熱いってだけで、恒星丸ごとエンジンや発電機のコアにするような発想？ BHに特異点はなかったという話か
すばらしい成果なのでは なんだこれ?
エントロピーの低下を避けるアイディアとしてホーキングらが唱えたアイディアがブラックホールの黒体輻射
その後近似解として得られたのがホーキング輻射
量子重力理論が無いまま近似の領域を増やしたってなんの意味もない >>15
可能性の一つとしてはあり得る。
しかし、重力＝時空のゆがみ
によって局所に閉じ込められているだけで、
見えない壁の向こう側の物理法則が
同じ可能性もある。 この世界は仮想区間で
ブラックホールから出る情報を
外の観測者が拾っているんじゃないの >>12
宇宙にあるブラックホールはそれぞれ高度文明がやらかした跡ということか 取り出せないと主張する人は
秘密のフォルダをブラックホールにコピーしておくように これで俺のスケベ動画を末代はおろか人類の宝とすることができる よくわからんのだが、各層のシュバルツシルト半径よりわずかに外っていうのが
全部の層で起こってるから事象の地平面はないよ、っていう話でいいの？ エネルギー保存の法則とか質量保存の法則とか成り立たんの？ 持ち主の死亡と同時に消滅してくれるストレージなら是非欲しい 『ろんぶん・かくにん・よかった・はーと』
みんな、何回も同じ手で騙されるなよ 情報を取り出す過程ってホーキング放射の観測って話か？
記録した情報をいつ取り出し終わるのか分からんなあ ホーキング放射分布を観測できれば内部構造を推測できるかも知れないが
ジェットを見てわかる通り超高速回転しているから難しそう
ストレージに使うとしても書き換えに惑星を打ち込む様な事になる気がする サスキンドとホーキングによる論争の種となった、ブラックホールの情報パラドクスを
弦理論用いずに解消できるってことか。 >>1
こんなん完全に静的な理論上の(実在しない)のブラックホールでしかあり得ないと思う。
ブラックホールの表面にちょっとでも揺らぎや動きがあるとバランスを崩して収縮がシュバルツシルト半径に追い付いて重力崩壊しそう。 >>59中身の粒子は動けないって定義してるんだろ 空間が光が止まるほど圧縮されてる=時間が止まってる
シュバルツシルト境界面のホーキング蒸発と半径外の回転面の渦や軸方向のジェットは境界内とは別世界 >>7
核分裂とかもあるぞ
お前の細胞も核分裂しているはず >>2
お隣の家ブラックホールに飲み込まれたみたいよ？ ブラックホールよりも周りの空間の温度が低くなけりゃホーキング放射起きないはずなんだがな。
硬い表面が有るのなら、衝突時に出すであろガンマ線で検証できるんで、早々に消える理論だと思うわ。 ウソ臭いなあしかし
そもそもブラックホールがエントロピーを持つと言う言い分が胡散臭い
エントロピーは閉じた系でしか定義出来ない
宇宙が閉じた系であるといつ誰が証明したのか？
むしろ宇宙は解放系であると言う論文のほうがあるんだが 宇宙が閉じた系であると言う考えは多分間違いだぞ
宇宙が閉じた系でないとマッハ原理が成り立たないから
一般相対性理論が怪しくなる
だからかってに閉じた系であると言うことにしている
そんな話しでしか無いぞ エントロピーは確率を使って定義するんだから
確率論が使えない空間ではエントロピーの議論は無意味だ
確率なんて定義次第でコロコロ縦横に値が変わるんだから
定義をいい加減にしたら確率論なんて直ちに破綻する
線分は一次元では確率100%だ
二次元では確率ゼロ%だ
確率は確率100%の全体事象が無いとそもそも定義出来ない
つまり開放系では全体事象は存在しない
つまり少なくとも開放系で通常の確率論は使用不能だぞ
つまりエントロピーも議論出来ない
ちょっと訂正
＞線分は一次元では確率100%だ
線分は一次元では確率正だ
の間違い よくわからんがホログラフィック宇宙論とどこが違うの？ 無限に情報を蓄積できても取り出すときに破壊される、量子力学もしらんのか？ >>1
「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
理化学研究所は「ブラックホールは事象の地平面を持たない高密度な物体である」とする、これまでの通説とは異なる研究結果を発表した。
https://www.itmedia.co.jp/news/spv/2007/14/news046.html
これが分かりやすいな。 >>76
これでスレ立て直して欲しい。
今のリンクでは意味不明。 なんかあまりにも普通の天体っぽくて嘘臭い。あっさり否定されそう。 >>30
利権って胡散臭いことばっかやってるからな 哲学的に考えれば、ブラックホールの内側は、外側と同じ物理法則に
従わなければならない理由はないだろう。ＢＨの内側は別の宇宙空間の
ような存在だとしても構わないのではないか？ 何しろ、外からは見えないＢＨの中へ観測しに行って、
戻って来たものはこれまでにはいないんだから。
中の情報を外部から伺いしることもできないとなれば、
そこは外側の空間からは切り離された、外側からは
無関係の存在だと見なせる。 宇宙の開闢以来からあるＢＨは、その後の我々の側の宇宙が相転移を
して物理法則が変化していたとしても、ＢＨの中の宇宙は、原始の
宇宙の状態をそのまま保っているかもしれないのだし。 観測して検証できない存在を持ち出して、
議論していること自体が非科学的だとは
思わないのかね。
ＢＨの存在は外部からみて観測できる（光を通さない
とか、強い重力場がある）から、物理的であり観測
可能な対象だとして良いだろう。でもその内側は
観られないという理論にしているから、それは数学
としての理論だけがあって実験を拒んでいるわけ
だから単なる理論的な存在に過ぎないんだよ。
「時空が10次元だ」とか「28次元だ」などというのと、
それほど変わらない理論・議論だけの存在だということ。
検証のための実験も観測もできない内側のことは、
実験で検証できる物理学の対象をはみ出しているということ。 >蒸発が先に生じている分だけ、粒子はシュワルツシルト半径に届きません
って、それ、外部温度がブラックホールの温度より低い場合であって、普通サイズのブラックホール
だと背景輻射より温度低いから届いちゃうんだが >>87
数学は科学に入らないの？
哲学は科学に入るの？
なぜ最後は物理学だけになっているの？
恣意的に物理学の話をしているだけに見えるけれど？ >>89
哲学に限っては科学の範疇に入れる場合と入れない場合があるよ
入れる場合、哲学は科学のうち最先端となる
入れない場合、哲学が先駆した分野に科学が後追いするという形になる
これは昔からずっと変わらない
強いAIが出来てこの世の全てをシミュレート出来るようになっても変わらない（そのときは世界の外側を考察することになるから） 学問を文理で分けたがる奴はおしなべてIQ120以下 >>94
俺がこの板でしょっちゅう書いてることじゃねーか
IQ云々はお前のオリジナル？まあ賢者でないことは確かだわな
学問分野はその全てが複雑に絡み合っているということは究めていくと強烈に実感するからな
IQで思い出したがアルジャーノンも同じことを言ってた気がする いったん入ったら二度と生きては出られない、刑務所のようなもので、
その中がどうなっているかの情報は持ち帰ることができないのだから、
いってみれば「あの世」のようなものでね。彼岸の彼方というようなもんだ。
記憶を貯蔵するにしても、それは WRITE ONLY MEMORY にしかならないだろう。
つまり、書けるけれども読み出せないメモリ。振りをするだけと同じでまるっきり
用無しのメモリだ。 反物質でブラックホールつくってそれぶつけたら中和されないかな >>103
事象の地平面があるなら反物質だろうが飲み込んで質量が増えるだけだろうけど、
ないのなら普通に対消滅しそう。 >>104
ブラックホールの特異点は粒子が存在しないか、粒子としての働きが理論上０とする究極
状態なので粒子現象で説明される物理学では説明できない＝特異点と言う。
粒子はあるだろうけど銀河系中心のブラックホール1個で重量のスケールは一切無関係の
全ての重力が1個の粒子でしかない。
つまりブラックホールのサイズとは無関係に情報量規模は成立しえる。
原子サイズのブラックホールでも銀河中心のブラックホールでも扱えると思われる
情報量は同一だってこと。 これって素粒子一個だけではブラックホールにならないって事か？ というか事象の地平面がなくてもホーキング放射は起こるってことか？ 深淵を覗く者は、また深淵からも覗き込まれている
過去から未来が見えるブラックホールドライブ ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
