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 スティーブン・ホーキングの有名な予言に、「ブラックホールは放射線を放ち蒸発する」というものがある。

 彼がこの理論を発表したのは42年前のことだが、実際に証明することは難しかった。現在の技術では放射線が弱すぎて観測できず、原子物理の分野ではその存在証明が”聖杯”と言われるほどだった。

 だがイスラエルの科学者がこのホーキング放射を史上初めて観測することに成功した。
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 1974年、ホーキングは量子効果のためにブラックホールは完全な暗黒ではなく、放射線を放ち、そのために質量が減るはずであると理論立てた。しかし、放射線が微弱であるために、これまで実際のブラックホールでこれが観測されたことはない。

実験室で作り出されたブラックホール

 そこでイスラエル、ハイファにあるイスラエル工科大学の物理学者ジェフ・スタインハウアー(Jeff Steinhauer)教授は、ブラックホールの音響モデルを作り上げ、光の代わりに音をホーキング放射に見立てて研究を進めた。これは2009年から製作が開始された、レーザーにいくつもの鏡、レンズ、磁気コイルを備えた手作りの装置によって作られたものだ。

 観測はボース=アインシュタイン凝縮という、極低温の原子の塊が1つの原子のように振る舞う物質の量子状態においてなされた。実験で、スタインハウアー教授は自身の手で作り上げた”ブラックホール”の縁で粒子が振る舞う様子を観察。この縁は事象の地平面という、時空が後戻りできず、そこ超えると事象が外側の観測者に影響を与えることができなくなる地点に相当する。

 ここからフォノンという音の粒子のペアが事象の地平面の真空空間に自然発生することが確認された。その一方はホーキング放射としてブラックホールから離れ、他方はブラックホールに落下する。広いエネルギーのスペクトルを持つこのペアとの相関関係によって、ホーキング放射を検出することができた。スタインハウアー教授によると、ホーキング放射は1.2ナノケルビンのホーキング温度を特徴とするという。

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 『ネイチャー・フィジクス(Nature Physics)』誌に掲載された本研究は、ホーキング放射に相当するものが実験室の”ブラックホール”で観測できるという、今日もっとも強力な主張を提示するものだ。

ブラックホールから解放されるホーキング放射の熱的分布が観測される

 「量子的真空のゆらぎによって刺激され、類似ブラックホールから解放されるホーキング放射の熱的分布を観測できます」と同教授。これによってブラックホールの熱力学に関するホーキングの予言が確認されたという。
 
 実験では、ペア内のホーキング粒子とパートナー粒子は”量子もつれ”でつながっていることが示された。高エネルギーのペアはもつれている一方、低エネルギーのペアはもつれていないという。この量子もつれは、ブラックホールに落ちた物理情報が消失するという情報のパラドックスの議論における重要な要素を立証する。

 さらに、ホーキング粒子とパートナーの量子もつれがほどける結果、ファイアウォール(ブラックホールに落ちる観測者が出くわす事象の地平面に存在するとされる高エネルギー粒子の壁)があることも裏付ける。

 スタインハウアー教授は、量子のホーキング放射が実在するという証拠が見つかったことで、宇宙の法則を解き明かす旅路の終わりに一方近づいたと話す。ひょっとしたらこの発見が、その代表的な理論を作った功績によって、スティーブン・ホーキングのノーベル賞受賞を後押しするかもしれない。理論物理学者の功績が本当に認められるのは理論が実証されたときである。

via:journal Nature Physics/ translated & edited by hiroching
 


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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 09:17
  • ID:wyb7uya90 #

飛んでるアイデア 楽しくトライ。作ってワクワク、試してワクワク!
「さぁゴロリ、ホーキング放射の熱的分布を観測するんだ」
「フォノンという音の粒子のペアが事象の地平面の真空空間に自然発生することが確認されるんだねワクワクさん」

2

2. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 09:39
  • ID:4ijBw6HF0 #

すてぃーぶん さんのブラックホールとネコの関係性についての論文ありません?

3

3. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 09:44
  • ID:xYLs.6cl0 #

ふ〜む、なるほど(やべ、わけわからん)

4

4. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 09:58
  • ID:m7Qz7WCw0 #

ホーキング「おれそんなこと言ってたの?」

5

5. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 10:39
  • ID:qT0ycEZW0 #

ブラックホールから放射能の音がしたってこと?

6

6. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 11:04
  • ID:kiIl.14j0 #

だめだ・・・「なんかすごいらしい」ということ以外
さっぱりわからない・・・

7

7. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 11:18
  • ID:JUmkAIXm0 #

これはブラックホールを音響で仮想した実験だから別物なんじゃ??

8

8. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 11:27
  • ID:pIIVstSV0 #

トンでもない事がコッソリと実現してた
凄いと思う反面、何か事故とかあっても知らないうちに宇宙の藻屑になってそうだなと思った

9

9. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 11:29
  • ID:zzAI7D.I0 #

放射線じゃなく素粒子の放射じゃないの?

10

10. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 11:36
  • ID:6Kbu8H0z0 #

うちの裏庭にある井戸ももしかしたらブラックホールなのかもしれなくて

11

11. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 11:56
  • ID:JyxhANDa0 #

スティーブンがつくのは凄まじい
イングランド王 監督 物理学者そして…コック!

12

12. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 12:38
  • ID:1y9u1XCT0 #

ここはあえて、ノーコメントで。(白目)

13

13. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 13:30
  • ID:rYUVdD4c0 #

※13
小説家(スティーヴン・キング)と蒸気機関の発明者(スティーヴンソン)をお忘れですよw ちなみにフランスだとステファンね。あと自動伴奏装置(KARMA)の発明者でスティーブン・ケイって人もいるよ。

14

14. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 14:02
  • ID:ROdkJUQo0 #

まだ出てないわね
満を持して言うぞ
インターステラーだ!

15

15. かわうそ

  • 2016年08月18日 17:39
  • ID:T4Aqn74D0 #

ふむふむなるほど
オレの理解の範疇を越える事だけは理解した

16

16. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 18:16
  • ID:abH6MDwc0 #

ホーキングとその理論が凄いのは別格にしても、その理論を実証できる実験装置の開発も、もしかしてノーベル賞級の業績じゃないですか?

17

17. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 19:57
  • ID:Kt7octl.0 #

え?ちょっと待って
ブラックホールって
確か光も出られないんでしょ
何故放射線が?(?Д?)
わけわからん
でもブラックホールから何らかの方法で
出られるのならワープも可能なのかな?

18

18. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 21:42
  • ID:EN6XjuQ10 #

媒質でホーキング放射を実験できるなら、やっぱりこの宇宙も虚空ではなく媒質(エーテル)で満たされているんじゃないの

19

19. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 22:00
  • ID:P.1nSd3A0 #

なるほどね、そういうことね(白目)

20

20. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 23:19
  • ID:kay2HVck0 #

頑張って理解しようとしたが、音の粒子で???

21

21. 匿名処理班

  • 2016年08月18日 23:51
  • ID:sUmuldUP0 #

「ブラックホールの事象の地平面で起こる光子(より一般に量子力学的粒子)の対生成と言う現象の光子の部分を格子振動子(フォノン)に置き換えて、ボーズアインシュタイン凝縮からのフォノン対生成を確認した」って実験らしい
天体を観測したんじゃなく数式上でホーキング放射と同じ現象として扱えるモデルを実験室で作り出しそれを観測した
証明不可能と言われてるホーキング放射と数理物理的にそっくりなもので観測できたんだから机上の理論ではない可能性が高まったよねって記事

22

22. 匿名処理班

  • 2016年08月19日 00:00
  • ID:aNDfkvKH0 #

理解できたとはとても言えないけど、面白いなぁ。
最近の宇宙やブラックホール関連の記事読んでたら、
この宇宙ってブラックホールの一種なんじゃないかって気がしてきた。

23

23. 匿名処理班

  • 2016年08月19日 02:09
  • ID:6.E3YzvQ0 #

一方、私の頭からは知恵熱が放射された

24

24. 匿名処理班

  • 2016年08月19日 02:15
  • ID:9INl4meW0 #

この記事を理解できた貴方。
日本の科学技術の未来を
宜しく頼んだ‼

25

25. 匿名処理班

  • 2016年08月19日 08:34
  • ID:hyx1vhte0 #

※19
そもそも真空中では、常に電子と陽電子なんかが生成されては消滅しているわけです。これはものすごく一瞬エネルギー保存則を破っているわけですが、不確定性原理内の範囲ではそういうことが許されているのですね。しかし、ブラックホールの事象の地平面そばで生成した粒子と反粒子の組は、一方がブラックホールに落ちて、もう一方がブラックホールに落ちないということが起こり得ます。そうするともうはっきりとエネルギー保存が破られているわけで、収支を合わせなくてはなりません。その結果、仕事をしたブラックホールのエネルギーが減って、つまり質量が減ってしまうわけです。ブラックホール内から何かが出てくるわけではないのです。
というような説明を大学で受けたような気がしますがうろ覚えです……

26

26. 匿名処理班

  • 2016年08月21日 02:55
  • ID:A2krYmCg0 #

これを英語から正確に訳せるのがすごい

27

27. 匿名処理班

  • 2018年07月07日 16:40
  • ID:Q0b2vC2e0 #

>>1
こう言う授業だったら、私は今頃100点ばっかり取れてたと自信を持って言える。

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