2015 年に最初に観測されて以来、重力波により、科学者はこれまでに見られなかった多数のブラック ホールを検出し、質量や地球からの距離など、天体のバルク特性の一部を解明することができました。 しかし、英国の XNUMX 人の物理学者は、もっとうまくやれるはずだと考えています。 研究者たちは新しい論文で、重力波は、ブラックホールが成長するにつれて物体をどのように飲み込むかについて詳細を教えてくれる可能性があり、そうすることで、ホーキング放射によってもたらされる情報のパラドックスを解決するのに役立つと主張している.
ブラック ホールは、事象の地平面を横切るあらゆる物体をむさぼり食うことで有名です。 同時に、それらは継続的にエネルギーを空間に放出していると考えられています。 ホーキング放射線. 1974 年にスティーブン ホーキングによって提案されたこの放出は、ブラック ホールを縮小させ、最終的に消滅させる黒体放射です。 これらの漏れる光子に関する唯一の非ランダムな特徴は、ブラック ホールの質量によって決定されるエネルギーです。 この放出はパラドックスにつながります。つまり、ブラック ホールは、それが捕らえた物体についてかつて含んでいたすべての情報を失い、量子力学によって規定されている情報の非破壊に矛盾します。
物理学者は、このパズルに対して多くの可能な解決策を提案してきましたが、そのほとんどは、ホーキング放射内の情報の微妙なコード化に関係しています。 しかし ルイス・ハマイデ および テオ・トーレス キングス カレッジ ロンドンの教授は、重力波がより自然な方法を提供できると考えています。 彼らは、ブラック ホールに吸い込まれた物体に関するほぼすべての情報が、その物体が忘却の中に消えるときに放出される重力放射を測定することによって取得できることを発見しました。
これまでのところ、ブラック ホールからの重力波は LIGO-Virgo 天文台によって検出されています。 これはキロメートルサイズのレーザー干渉計で、XNUMX 組のブラック ホールが互いにらせん状に衝突して合体するときに放出される信号を検出します。 これらのブラック ホールは非常に大きいため、その重力放射は、数百万光年にわたって地球に伝播した後も検出可能なほど強力です。
落下物
彼らの新しい研究では、Hamaide と Torres は代わりに、非常に小さな物体がシュヴァルツシルトのブラック ホールに落ちることによって放出される放射線を考慮しています。これらは、回転せず、電荷を持たないブラック ホールです。 デュオの計算は摂動理論を利用しています。摂動理論は本質的に、落下する物体によるブラック ホールの特性の補正です。 このアプローチは、放出された放射線の正確な分析式を生成します。これは、類似した質量を持つ XNUMX つの物体の挙動を解明するために必要な数値シミュレーションとカーブ フィッティングとは対照的です。
方程式を調べた結果、研究者は落下物が残した痕跡が驚くほど単純であることを発見しました。 ブラック ホールの質量は重力波の周波数に関連付けられていますが、捕獲された物体の質量は代わりに波の振幅にエンコードされます。 捕獲のタイミングは放射線の位相によって明らかにされ、その軌跡は複数の見晴らしの良い場所からの放出を観察することによって解決できます。
浜出氏は、これらのデータは、おそらくホーキング放射から得られる「非常に広範囲に及ぶ」情報よりも、収集と解釈がはるかに簡単であると主張しています。 「私たちは、情報が非常に優れたパケットで提供されていることを確認しています」と彼は付け加えます。
しかし、他の研究者は、これらの重力波サインの有用性について懐疑的です。 ロバート・マン カナダのウォータールー大学の教授は、重要なのは、ブラック ホールが形成された後にブラック ホールに落下するオブジェクトに関する情報ではなく、そもそもブラック ホールを作成した原因に関する知識であると主張しています。 彼はまた、ブラック ホールが「基本的には開いた量子系」であるという点については著者らが正当な主張をしているが、彼らはほとんど量子分析や半古典的分析さえも行っていないと述べている。
量子欠損
Hamaide と Torres は、署名が完全に古典的なものであるのに対し、オブジェクトの完全な記述は量子力学的であり、その波動関数の形になることを認めています。 彼らは、従来の情報が全体の 99.9% をはるかに超えると計算していますが、情報のパラドックスを完全に解決するには 100% しかないと指摘しています。 言い換えれば、測定値がどれほど正確であっても、彼らの分析がブラックホールからすべての情報を回復することは決してないと彼らは言います.
実際には、 ヴィトール・カルドソ ポルトガルのリスボン大学とコペンハーゲンのニールス ボーア研究所の教授らは、物質が完全な球対称性で崩壊しても重力波が発生しないことを考えると、すべてのケースで古典的な情報を測定することは不可能であると主張しています。 Cardoso はまた、放射源の周囲に複数の無限に感度の高い検出器が必要であると彼が言うことを考えると、実用的な測定が行われる可能性についても疑っています。
ホルヘ・プリン 米国ルイジアナ州立大学の教授も、著者の「情報検索に関する興味深い点」を称賛しながらも、最新の研究の実用性については懐疑的です。 彼は、重力波の現在の観測では、衝突する物体の質量とスピン (後者の符号を含む) を解決するのに苦労していると述べています。 「近い将来、これが大きく変わる可能性は低いでしょう」と彼は付け加えます。
濱出氏は、彼らが検討した摂動システムからの小さな信号は、既存または計画中の検出器では検出できなかったことを認めています。 それでも彼は、彼らの研究には、今日の天体物理学者に慰めを与えるべき側面があると主張している. これは、重力波検出器の感度が高くなるにつれて、ブラック ホールの質量やその他の特性の特定の値を特定することが難しくなるという理論的な可能性 (縮退として知られる) を除外するという事実です。 「そんなことはありません」と彼は言います。
研究はで説明されています 古典および量子重力.
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