スティーブン・ホーキング教授はそのキャリアの多くをブラックホールの謎の解明に捧げましたが、今、その研究の最終章が「情報のパラドックス」に関するものとして公開されています。
3月に76歳で亡くなる数日前、この高名な物理学者であり宇宙論学者は、ケンブリッジ大学およびハーバード大学の同僚らとともに、ブラックホールに落ち込んだ物体の情報がどうなるかについての理論の研究を完成させました。
ケンブリッジ大学の理論物理学教授であり、本論文の共著者であるマルコム・ペリー氏は、「ブラックホールのエントロピーとソフトヘア」について、ガーディアン紙の中で、情報のパラドックスは40年以上にわたり「ホーキングの人生の中心にあった」と述べました。
「情報のパラドックス」
ホーキングは、アルベルト・アインシュタインが画期的な相対性理論で築いた基礎の上に立ち、量子論を用いて、宇宙の冷たい深部においてブラックホールは熱を放出し、やがて徐々に収縮して存在しなくなると主張しました。
ホーキングの理論によれば、ブラックホールに入る物体の情報は消失し、永遠に失われるとされました。これは、物体に関する情報は決して失われないと定める量子力学の基本法則に矛盾するものであり、「情報のパラドックス」を生むことになりました。
新たな研究では、ブラックホールが消失した後も、少なくとも一部の情報が保存されうることが説明されています。物体がブラックホールに入ると、温度が上昇し、物体の内部の乱雑さの尺度であるエントロピーのレベルが高まります。
ブラックホールの事象の地平面――光が強大な重力から逃れられなくなる境界――を取り囲む光子の輝きは、ブラックホールのエントロピーを記録している可能性があります。この研究は、「ソフトヘア」と呼ばれる粒子がエントロピーに関連する情報をどのように蓄積しているかに焦点を当てています。
本論文は情報のパラドックスの解決に向けた一歩ではあるものの、まだ課題は残されています。物理学者らは今後、エントロピーに関連する情報がソフトヘアにどのように蓄積されるのか、また、ブラックホールが蒸発する際にその情報がどのように外部へ逃れるのかを明らかにしなければなりません。
「このエントロピーの微視的な起源を理解することは――エントロピーが数えているのは、その根底にある量子状態とは何か？――過去40年間における大きな課題の一つでした」と、英国サウサンプトン大学の理論物理学教授で、ホーキングの指導を受けたマリカ・テイラー氏はガーディアン紙に語りました。
「本論文は、事象の地平面の対称性に基づき、天体物理学的ブラックホールのエントロピーを理解する方法を提案しています。著者らは、いくつかの重要な仮定を置く必要がありますので、次のステップは、これらの仮定が妥当であることを示すことになるでしょう。」
宇宙に光を当てる
ホーキングは、1988年のベストセラー『ある物理学者の宇宙への旅（原題: A Brief History of Time）』の刊行によって名声を得ました。この本は、ビッグバンやブラックホールといった複雑なテーマを身近なものにしました。しかし、一般の人々の注目を集めるずっと以前から、彼は宇宙の理解への貢献によって科学界で高く評価されていました。
21歳のとき、彼は運動ニューロン疾患、すなわち筋萎縮性側索硬化症（ALS）と診断され、余命は2年と告げられました。その後、数十年にわたる人生とキャリアを築き、この予後を覆しましたが、この進行性の疾患は彼の生活に深刻な影響を及ぼしました。
オックスフォード大学での学部課程を終えた後、この若き科学者はケンブリッジに移り住み、2018年3月14日に亡くなるまでそこで暮らしました。
キャリアの初期において、野心に満ちたホーキングは極めて高い基準を自らに課し、こう宣言しました。「私の目標は単純です。宇宙を完全に理解すること、宇宙がなぜそのようにあるのか、そして、そもそもなぜ宇宙が存在するのかを理解することです。」
