科学者は、ブラックホールが光るというホーキングの理論を証明したと考えている

ブラックホールというと、重力によって光さえも逃れられないほどの密度の、何だかよくわからない巨大な球体のような邪悪な星間渦巻きを思い浮かべる人もいるかもしれない。しかし 1974 年、スティーブン ホーキング博士は、ブラックホールはそれほど暗くなく、引力からかろうじて逃れる粒子のかすかな光を発しているのではないかという理論を提唱し、科学界に衝撃を与えた (これは物理学のジョークである)。ある科学者は、その輝きを再現したと考えている。

イスラエルのハイファにあるテクニオン・イスラエル工科大学のジェフ・スタインハウアー氏は、光ではなく音の法則を使って、研究室でブラックホールの類似物を作った。彼のブラックホールは、ホーキングの名を冠した理論、ホーキング放射の説得力のある証拠となる特徴的なサインを発した。この研究は、ブラックホールが私たちが考えていたような底なしの空間ではないかもしれないことを示唆している。また、この研究は物理学の分野全体にも幅広い影響を及ぼし、重力理論に必要な広大な距離と素粒子物理学で研究されている極小の長さを結び付ける理論を構築することが大きな目標となっている。

「この研究はホーキングの計算を検証するものとして独自の地位を確立していると思う」とスタインハウアー氏はポピュラーサイエンス誌に語った。

シュタインハウアーのブラックホールは、光を吸い込む巨大な物体ではなく、実験室にある冷たいルビジウム原子の列で、ボーズ・アインシュタイン凝縮体と呼ばれる物質の形態をしています。レーザーを使用して、彼は一種の滝を作成しました。片側にはゆっくりと移動する多数の原子がありますが、反対側には音速よりも速く端から流れ落ちます。これは、音の個々の単位であるフォノンがエネルギー滝の境界を越えて逃げることができないことを意味します。これはブラックホールに似ていますが、宇宙のブラックホールでは、その光粒子は重力の光速の引力から逃れることができません。シュタインハウアーは本日、ネイチャー・フィジックス誌に結果を発表しました。

量子力学は奇妙で、最小のスケールでは、粒子は反粒子と一緒に現れ、消える。実際のブラックホールでは、これらの粒子はブラックホールの引力の最も遠い範囲の両側にランダムに現れる可能性があり、そのため、1つの粒子はブラックホールに吸い込まれ、もう1つの粒子はなんとか逃げ出すことができるとスティーブン・ホーキングは予測した。スタインハウアーは、原子滝の両側で同じ効果を観察した。ブラックホールに落ちた粒子の流れと、反対側から出てきた一致する流れである。スタインハウアーは、これら2つの粒子がエンタングルメントしていることを示すことができた。つまり、どれだけ離れていても、その特性は互いに依存しているということであり、これはいわゆるホーキング放射の要件である。

スタインハウアーが本物のブラックホールを使っていないことを強調しておくことが重要だと、イェール大学の天体物理学者でNASAアインシュタインフェローのグラント・トレンブレイ氏はポピュラーサイエンス誌にメールで語った。この結果をすぐに解釈して、宇宙で見られるブラックホールが同じ挙動を示すと言うことはできない。しかし、ブレイン・グリーン氏のような物理学者は、重力と電磁気学、原子内部の力を弦理論や量子重力などの理論と統合して万物の理論を作ることについて頻繁に議論している。ブラックホールの場合に粒子と重力の相互作用を観察すれば、これらの理論が実際に統合できることをさらに裏付けることになるとスタインハウアー氏は指摘した。スタインハウアー氏のブラックホールでホーキング放射が見られることは、彼の音の類似物が本物のモデルを作る上で有用なツールであることを示している。

「この結果は、ボーズ・アインシュタイン凝縮体が実験室環境でブラックホールの類似物としてどのように機能するかを示す、非常に見事な例です」とトレンブレイ氏は述べ、「実際のブラックホールでは決してできない実験を可能にしました」と語った。