ブラックホールに対する私たちの考え方は、またもや劇的な変化を迎えるかもしれない
アラン・ボイル著
数十年にわたる謎の後、レーザー干渉計重力波観測所によるブラックホールの合体の初めての検出など、ノーベル賞を受賞した画期的な成果のおかげで、物理学者はついにブラックホールの性質に近づきつつあるようだ。
しかし、コロンビア大学の物理学者ブライアン・グリーン氏は、物質を食い尽くすこれらの怪物にはまだいくつかの驚きが隠されているかもしれないと警告している。
「このテーマの歴史が、純粋に理論的なアイデアから、現在では観測テストを推進するものへと発展していくのを見るのは非常に刺激的です」とグリーン氏はGeekWireに語った。
グリーン氏は、フィリップ・グラスのパフォーマンス作品にもなった児童書「時間の果てのイカロス」など、宇宙を題材にした数冊の本でブラックホールの謎を解明してきた。
今週ニューヨークで開催された世界科学フェスティバルでは、ブラックホールが再び（比喩的に言えば）中心舞台に立った。グリーン氏はこのフェスティバルの創設者の一人であり、司会者兼演出家を務めている。
講演者の中には、天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールの重力の影響を解明するために恒星を追跡してきたUCLAの天文学者アンドレア・ゲズ氏や、LIGO重力波チームの一員であるノースウェスタン大学のヴィッキー・カロゲラ氏がいた。
LIGOは、ブラックホール同士が衝突する際に放出される重力波バーストによって、ブラックホールの存在とその性質に関するこれまでで最も優れた証拠を提示しました。このような観測は天体物理学に新たな時代をもたらし、ブラックホールの仕組みを解明する新たな扉を開く可能性を秘めています。
ブラックホールは、物質が非常に高密度に凝縮した天体であり、光さえもその支配から逃れることができません。ブラックホールは、重力の影響、もしくはブラックホールに渦巻く物質から放出される高エネルギー放射によってのみ検出可能です。
「イベント・ホライズン・テレスコープ」と呼ばれるプロジェクトは、世界中に広がる電波望遠鏡ネットワークを用いて、銀河系中心のブラックホールの縁からの電波放射を追跡することを目的としています。この取り組みの初期段階の成果は、1週間前にアストロフィジカル・ジャーナル誌に掲載されました。
グリーン氏は、LIGOとイベント・ホライズン・テレスコープの今後の成果が、ブラックホールを取り巻く大きな疑問に（いわば）光を当てる可能性があると述べた。例えば、ブラックホールに落ち込んだ物質はどうなるのか？ どの視点から見るかによって答えは異なり、「ファイアウォール・パラドックス」と呼ばれる難問につながる。
「重力波には、ファイアウォールの存在によって発生するエコー効果、あるいはファイアウォールがなければ発生しないエコー効果が現れるはずであることを示唆する興味深い研究がいくつかあります」とグリーン氏は述べた。もしエコーが検出されれば、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論の見直しを迫られる可能性がある。
グリーン氏は、「万物の理論」の候補とされてきた超弦理論が、ブラックホールの別の概念を示唆していると述べた。ブラックホールは、明確に定義された事象の地平線を持たない、絡み合った宇宙の弦でできた「毛玉」である可能性がある。
「もしファズボールのパラダイムが正しければ、ブラックホールの概念そのものが覆されることになる」とグリーン氏は述べた。「ブラックホールは、もはや後戻りできない場所ではない。恒星や惑星よりもはるかに異質な存在でもない。…そうなれば、それは大きな変化となるだろう。ブラックホールに対する全く新しい考え方になるだろう。」
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ブラックホールと超弦理論の謎は、宇宙の毛糸玉のように絡み合っています。
「弦理論の根底にあるのは、空間と時間の量子的な性質を理解することです。まさにそれが究極の目標です。そしてブラックホールは、過去20年間、空間と時間の量子的な性質に関する私たちの考えを可能な限り具体化するための、まさに私たちの理論実験室でした」とグリーン氏は説明した。
「新たな観測によって理論を絞り込むことができれば、時空連続体の根本的な性質に迫ることができるだろう」と彼は語った。
LIGO や Event Horizon Telescope のような取り組みによって選別が行われるまでには、それほど長い時間はかからないかもしれません。
「今後5年、10年、15年もすれば、私たちはある程度の自信を持って空間と時間の構成要素について語れるようになるでしょう」とグリーン氏は述べた。「それは本当に素晴らしい瞬間になるでしょう。」
世界科学フェスティバルは日曜日までニューヨークのさまざまな場所で開催されます。
ブラックホールに関する映像をもっとご覧になりたい方は、YouTubeで配信されているPBSの番組「What the Physics?!」シリーズで、ブラックホールを360度で観察できる動画をご覧ください。この動画シリーズでは、ブラックホールを模したスターケーキのレシピや、「Choose Your Own Adventure（冒険を選ぶ）」ブラックホールツアーもご紹介しています。
