ブラックホールの内部は「究極にもつれた情報の集まり」かもしれない

重力がとても強い天体「ブラックホール」の内部は、外側とは異なる時空構造をしていると考えられています。 このため、ブラックホールの外側の宇宙で組み立てられた現在の物理学の理論が、ブラックホールの内部でも使えるかどうか、その範囲ははっきりとしていません。 米子工業高等専門学校の姉川尊徳氏と日本大学の玉岡幸太郎氏の研究チームは、ブラックホールの内部での「情報(量子情報)」がどのようになっているのかについて、「ホログラフィック原理(ホログラフィー原理)」という考えを適用し、理論的な探求を行いました。 その結果、ブラックホールの内部は究極にもつれた情報の集まり「絶対最大量子もつれ状態(AME状態;Absolutely Maximally Entangled States)」であるという結果を導きました。 今回の研究結果は、ブラックホール内部の量子力学的な性質について、ブラックホールの研究でよく使われているモデルで使うことができる性質があることを示したという点でインパクトがあります。 しかしこのリード文からも分かる通り、この研究にはなじみの薄い物理学の概念が頻出します。 このため本記事では、最初の章で重要な用語を振り返り、その後になるべくレベルを落とした研究内容の解説を行います。 ■用語1:情報 今回の解説で最も重要なのは「情報」という単語です。 物理学で使われる「情報」は、日常的に使われる「情報」とは異なる意味を持ちます。 例えば1個のリンゴには、「形」「色」「位置」「質量」「温度」などの様々な情報があります。 これらの情報は、例えば「リンゴ→細胞→分子→原子→素粒子」などのように細かく見ていくことで、それ以上は細かくできないところまでたどり着きます。 こうした様々なモノが持つ情報は、量子力学で取り扱う量子状態を記したものであるため「量子情報」とも呼ばれますが、物理学の文脈では省略されて単に情報と呼ばれることが多いです。 以下、この記事では、情報といえば量子情報を指すものとします。 重要な性質として、物理学における情報は、内容が変化することはあっても、失われることは決してないとされています。 情報が失われないという性質から、(少なくとも原理的には)ある時点での情報を元に、過去や未来の様子を知ることができます。 これは、過去と未来が因果的につながっているという、物理学の大事な前提と一体的な性質です。

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