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死んだ星は放射しない

概要

  • 近年の論文が「ブラックホール以外の重い物体もホーキング放射を発する」と主張し話題に
  • この主張は素粒子保存則を破り、物理学の常識を覆す内容
  • 専門家からは既に反論があり、近年の主張は誤った近似に基づくと指摘
  • 静的な重力場が粒子対生成を起こさないことは1975年から理論的に確立
  • 報道の過熱と誤情報拡散に対し、正しい理解と専門家の確認が重要

ブラックホール以外もホーキング放射を発する?—物理学界の議論と正しい理解

最近の主張とその内容

  • Michael F. Wondrakらが「どんな重い静的物体もホーキング放射を出す」と主張する論文を発表すること
  • 彼らは「死んだ冷たい恒星」も質量を失い消滅すると提案
  • この仮説はバリオン数保存則違反を認めており、既存理論との矛盾を自覚
  • 主張の根拠は「重力場が粒子・反粒子対を生成し、放射として逃げる」という近似計算による説明
  • もし正しければ量子重力分野で革命的な発見となる可能性

専門家による反論と検証

  • Antonio Ferreiroらによる短い反論論文が発表され、近似の粗さと誤りを指摘すること
  • Akhmedovらも同様に「複素有効作用と重力ペア生成」論文で問題点を指摘
  • 量子場の専門家は「静的な質量の重力場はペア生成を引き起こさない」と1975年以来認識
  • Ashtekar & Magnon (1975)の論文が「時空がどこでも時間的Killingベクトルを持つなら真空は安定」と証明
  • Schwarzschild解(静的ブラックホール)は事象の地平面で条件を満たさず、通常の物体には適用可能

理論的な背景と正しい理解

  • 静的時空では「真空状態」が厳密に定義でき、真空は崩壊しないこと
  • 時間的Killing場が存在し、グローバル双曲性や波動方程式の初期値問題の滑らかな解が存在することが前提
  • これにより「粒子・反粒子」の分離やエネルギー概念が明確化されること
  • 標準的教科書(Robert Wald著『Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics』)で詳細解説
  • 電磁場の場合も学生の博士論文(Valeria Michelle Carrión Álvarez)で扱われていること

報道と誤情報拡散への注意

  • CBS News、Space.com、Forbesなど主要メディアが「宇宙は予想より早く終わる」とセンセーショナルに報道すること
  • 科学ジャーナリストが専門家確認を怠り、プレスリリースを鵜呑みにする傾向
  • 読者や研究者は「査読付き論文=正しい」とは限らないことを認識し、専門家の意見や自分での確認が必要
  • Mark Twainの有名な(実際には彼の言葉ではないが)「嘘は世界を駆け巡る、真実が靴紐を結ぶ間に」という警句が象徴的
  • 正しい科学的理解のためには、一次情報や専門文献の確認、批判的思考が不可欠

結論

  • 静的重力場が粒子対生成を起こさないことは50年以上前から証明されている事実
  • 近年の主張は粗い近似計算に基づくものであり、理論的な新規性や正当性はないこと
  • 誤情報に惑わされず、正しい物理学的理解を持つことの重要性を再確認すること

Hackerたちの意見

これが浮き彫りにしている問題は、元の著者たちがバカだったわけではなく、明らかに多くの知識がサイロに閉じ込められているということだよね。みんなの知識を進めることが目的なら、それは良くないことだ。学術界で何が起こっているかは、関連する分野に悪影響を及ぼしているから、良くないよ。

まあ、もう一つの側面は、元の著者たちやポップサイエンスのジャーナリストたちが、自分たちがどこで間違ったのか、または彼らの主張がどれほどひどいかを理解できていないように見えることだね。なぜなら、彼らの仕事は理解しないことに依存しているから。彼らは修正できたはずなのに。2年後もまだこの問題を回っているなんて、ちょっとクラシックだし、ちょっと退屈だね。

99.999999999%の人は、研究の大部分を理解し始めることすら夢見ることができないほどの知識しか持っていないよ。大人たちはほとんど読むこともできないし、微積分1を通過できるわけがない。

確かに「サイロ」にはなってなかったし、すべてarxivにあるよ!でもそうだね:世界は複雑で、自分の専門分野の外で間違えるのは簡単だ。科学的プロセスのポイントは、間違いを見つけられる目の前に物事を出すことだよ、リンクされたブログ投稿のようにね。そしたらみんなでそれについて議論したり、指をさしたり笑ったりして、世界は進んでいく。システムは機能した。プロセスが得意ではないのは、人々が新しいアイデアをニュースの見出しにする前にフィルタリングすることだね。確かに、それは嫌なことだけど、「学術界が失敗している」という問題では全くない。目は機能したんだ!

これが浮き彫りにする問題がある [...] 明らかに多くの知識がサイロに閉じ込められている。私が思うに、これが浮き彫りにする本当の問題は、誰もが知っていて、でもみんながやっていることなんだけど、人々はセンセーショナルな話を広めて議論するのが大好きで、否定的な意見を聞くのは楽しくないってこと。ここでの元の話のHNでの議論を見てみて。A_D_E_P_Tっていう人が、下の方でその論文がナンセンスである理由を説明していて、この記事で言及されている反論の一つを指摘しているコメントがあるんだ。そのコメントはHNの読者によってダウンボートされてた。私が数日前にそのコメントをアップボートしたときにグレーアウトされてたから、知識のサイロなんてないよ。私たちシンプルな人々は、あまり深く考えずに最新のブレイクスルーについて議論したいだけなんだ。そうしないと楽しみが台無しになるから。

本当にそんなにサイロ化されてるの?記事で言及されている条件(グローバルな時間的キリング場があること)は、曲がった空間の量子場理論のすべての入門書で議論されているし、関連するウィキペディアの記事の最初の数段落にも存在しているよ。ここに適用されないとしても、著者たちはなぜそうでないのかを言及すべきだったと思う。彼らが愚かだったとは思わないし、悪意があったとも思わないけど、結果が予想外の影響を持つことを考慮せずに進めるのは軽率だったかもしれない。

こういう物理学の論文は面白いけど、結局はただのノイズだと思う。未検証の理論は事実ではなくて、誰か(博士号の有無に関わらず)が何かを引っ張り出してきて説明しようとしているだけなんだ。宇宙論や物理学のほとんどはまだ理論の段階で(ビッグバンや弦理論も含めて)、たとえ90%の理論が事実に合っていても、間違っている可能性はある。未検証の理論がどんどん増えていて、他の未検証の理論に基づいて引用されているから、理論物理学は危機にあると思う。私の母と父もこれを説明する未検証の理論を持っていて、それは「神」と呼ばれている。ほとんどのSF作家もたくさん持っているし、AIもすぐにこの山に加わるだろうね。テスト可能な論文を作成したり、実験的に証明する科学者には拍手を送りたい。

明らかに多くの知識がサイロに閉じ込められてるね。そんなことはないと思うけど、最終的な目標は公開することだから、できるだけオープンにしたいんだよね。みんな、自分のカードを胸に抱えておく傾向がある気がする。プリプリントが公開される瞬間までね。つまり、誰かが数ヶ月前や数年前に「それ、問題あるよ」って教えてくれたかもしれないことに取り組んでいる可能性があるってこと。プルリクエストを出す前に枝を磨いているのに、「これ、巨大なメモリリークがあるし、さらに言うと、これを使えばあなたが望んでいることはすでに動いてるよ」って言われる科学の同等物みたいなもんだ。人間規模の解決策があるかどうかはわからないけど、研究の風景は広大すぎて、みんなをつなげて貴重な意見を必要としている人がそれを得られるようにするのは難しいし、意見を提供できる人が半端なゴミに圧倒されないようにするのも難しい。トップからボトムまでみんなが純粋な動機とインセンティブを持って研究をしていると仮定しても(プルリクエストのアナロジーで言うとCVEスパマーみたいな)、大学自体がPRに熱心すぎて、クリック可能に見えるものについて適切な調査なしにプレスリリースをまとめることがなければ、学術界の外で時々公の見世物を作るのは防げるかもしれないけど、根本的な問題は解決しないよね。

今のところ、これは手に負えない問題だと思う。地球上にはおそらく何百万もの物理学者がいる。会社で働いているみんなは、数百人が同じことに同意して理解するのがどれだけ難しいかを知っているよね。事実、あまりにも多くの人があまりにも多くのことをやっている。どんな技術的な論文も、同じ分野の異なる専門性の人にとっては意味不明に聞こえることが多いから、こういうことが起こるのは驚くことじゃないよ、特に現代の科学的出版の圧力や「ジャーナリズム」のトレンドと組み合わさると。

重力井戸の脱出速度が光速を超えない限り、このシナリオでホーキング放射がどう発生すると思ってるんだ?仮想粒子と反粒子が両方とも生き残る(そして、片方がイベントホライズンを越えなかったからすぐに消える)ってこと?

それはホーキング放射の仕組みに関する大きな白い嘘だね。近似ですらなく、ホーキングが作り上げた突飛なメタファーに過ぎないと思う。たぶん、科学ジャーナリストを満足させるためにね。

「ペアの一方の粒子がイベントホライズンから逃げられない」という説明は、実際の現象を単純化したものだってことを忘れないで。実際には、イベントホライズンの存在下での粒子(または場)の散乱が関係している。私の知る限り、これを正確に直感的に、数学を使わずに説明する方法はないから、科学コミュニケーターたちは誤解を招くような形で近似する傾向がある。ホーキング本人も言ってたよ:「この負のエネルギーフラックスを次のように想像できるかもしれない。イベントホライズンのすぐ外側には、1つは負のエネルギー、もう1つは正のエネルギーを持つ仮想粒子のペアが存在する。熱放射と面積減少を引き起こすメカニズムのこのようなイメージはあくまでヒューリスティックなものであり、あまり文字通りに受け取るべきではないことを強調すべきだ。」

それは、曲がった時空における量子場理論が、バリオン数が保存されない場合にのみ一貫性があることを意味する!これは完全に衝撃的だね。本当に衝撃的なのか(今は)?つまり、これはブラックホールに対するホーキング放射の論理的な結果じゃないの?ずいぶん前にこれに衝撃を受けたと思ってたけど、今はそれで大丈夫になってる。問題の論文の著者たちは計算を間違えているかもしれない(私にはわからないけど)、でもこのブログ投稿は、明らかに真実だとされる疑わしい発言があるから、あまり良い印象を持てない。そんな感情的な書き方は、科学的な説得に焦点を当てるべき職業の人には似合わないよ。ウィキペディアから[0]、MITの量子重力物理学者ダニエル・ハーロウを引用しているけど、> バリオン数の保存は、ホーキング放射によるブラックホールの蒸発の物理学と一致しない。 [0] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Baryon_number

バリオン数の保存は、ホーキング放射によるブラックホールの蒸発の物理学と矛盾している。これらの量子数を保存できる他のブラックホールモデルもある!明らかに真実なことについては、同意しない方がバカだと思うことがあるけど、明らかに間違っていることについて同意するのはバカだと思うこともある。ペンローズが出したナンセンスを人々が繰り返しているけど、それには非物理的な時間的無限大が必要なんだ。現在の「ポップサイエンス」(ほぼSF)では、ブラックホールに落ちることが可能で、事象の地平線には「特別なことはない」と主張されていることが多い。でも、そのすぐ上の段落では、外部の観測者は決して犠牲者が落ちるのを観察しないと言われている。二人の観測者はそんなことについて意見が食い違うことはできない!そうでないと言うことは、宇宙が分裂する(いつ!?)と信じなければならないってことだ。そうしないと、観測者や論理、一貫性、物理学者として大切にしているすべてを信じられなくなる。これは、309Kで有機的な脳が「量子」であると主張し続ける同じ人物による明らかなナンセンスだ。外部の観測者が犠牲者が落ちるのを観察しないなら、犠牲者は決して落ちない、これが客観的現実だ。ペンローズの図は、無限の時間を含むからそう言っているけど、それは非物理的なんだ。たとえ無限の時間が「到達可能」だったとしても(それは数学的にも物理的にも正しくない)、ホーキング放射は存在するから、どうでもいいことなんだ:ブラックホールには有限の寿命がある!ブラックホールの論理的に一貫した、物理的に妥当な解釈は一つだけ:何も落ちることはない。内部の犠牲者は外部に対して遅くなるから、ブラックホールに近づくにつれて、彼らはその時間の流れが「速くなる」のを見る。だから、彼らはホーキングの蒸発が速くなるのも見ることになる。この一貫性を保つために、この蒸発は犠牲者がどんな表面にも到達できないほど速く起こらなければならない。代わりに、ブラックホールは彼らから後退し、ますます速く蒸発する。このモデル(および類似のもの)は、すべての量子数を保存できる。なぜなら、ファイアウォールも境界もなく、量子場を「リセット」するものがないから。すべてが連続的で、一貫性があり、量子数が保存される。外部の観測者は、私たちが現在期待している通りにブラックホールを見て、同じように機能し、蒸発するんだ。

彼から何をもっと望んでいるのかよくわからないけど、たくさんの論文や教科書がリンクされてるよ?あのジョン・ベイズだし、彼は本当に知識があるんだ。実際のポイントについては、バリオン数がブラックホールが関与しないと保存されないと主張されているのが衝撃的だね。

その種の感情的な文章は、科学的な説得に焦点を当てるべき職業の人には似合わないよ。あなたが読みたいのは、ジョン・カルロス・バエズが引用しているソースの一つかもね [0]: 「重力ペア生成とブラックホールの蒸発」に関するコメント アントニオ・フェレイロ、ホセ・ナバロ・サラス、シルビア・プラ 彼らはその論文で使われている方程式を取り上げて、より良い方法があることを説明しているんだ。「…は摂動展開の最小の順で得られ、非摂動的なシュウィンガー効果を得る標準的な方法は、すべての項の再総和を行うことです。」そして、批判されている論文のものは、電磁的なケースから生じる状況を適切に扱えないことを指摘している。これがバエズの言っていることだけど、引用された論文はもっとプロフェッショナルなトーンと方法で述べているよ。 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.13...

バリオン数が保存されない場合!これは完全に衝撃的だ。> 本当に衝撃的なの?(今は)それに、バリオン数保存を破るプロトン崩壊を測定しようとするいくつかの実験があるけど、それらは地球上で行われていて、ブラックホールからは遠く離れている。今のところ、すべての実験が崩壊を見つけられなかったし、結論としてプロトンの半減期は少なくとも2.4E34年だって。 https://en.wikipedia.org/wiki/Proton_decay#Experimental_evid... 量子マガジンにその実験の一つを説明した古い記事を見つけたよ。非常に純度の高い水の大きなプールとたくさんの検出器があるんだ。ブラックホールは必要ないよ。 https://www.quantamagazine.org/no-proton-decay-means-grand-u... (HNのディスカッション https://news.ycombinator.com/item?id=13201065 )

標準モデルでは、バリオン数の非保存が非摂動的に許可されているんだよね。

ブラックホールでは、基本的に「次元の喪失」が起こるんだ(その意味を説明するのはかなり大変な話だから、ここでは試みないけどね)。だから、バリオンとして知られる三クォークの配置は、空間の次元数に応じて形成されるのかもしれない(3D == 3クォーク)。つまり、バリオンは3Dでしか存在しないってこと。だから、何かが事象の地平線に達すると、クォークが引き裂かれて、バリオンが存在しないようなものに再配置される(つまり、2D空間で)。私は、事象の地平線の「表面」が法則が保存される場所だと思っていて、特異点や、もしかしたらブラックホールの内部全体は存在しないかもしれないと思ってる。相対性理論が時空を「壊す」多くの部分(つまり、無限やゼロ除算の問題)は、次元の喪失として物事を見ることで解決できるんだ。例えば、長さの収縮は次元を圧縮すること(光速で)、そして時間の遅れ(事象の地平線や光速で)も次元の除去なんだ。そう、これってホログラフィック原理に似てるよね。私の見解では、ローレンツ方程式自体が、N次元空間を(N-1)次元空間にスムーズに変換する方法を表現していると思う。それは、次元が「失われる」瞬間に漸近線に達するような指数的な曲線上で起こるんだ。私は「時間」がどんな次元にいても特別な次元に見えると思う。なぜなら、それはこの次元の階層の中で「次の次元」だから。これが、ミンコフスキー空間の距離公式で「時間」に逆の符号(+/-)が割り当てられなければならない正確な理由で、時間が正か負かに関わらず成り立つんだ(つまり、メトリック署名って呼ばれるやつ)。これはもちろん、私たちの4D宇宙全体がより大きな空間に埋め込まれていることを示唆していて、技術的には高次元から見た場合の「事象の地平線」でもあるんだ。

私は、事象の地平線の「表面」が法則が保存される場所だと思っていて、特異点やもしかしたらブラックホールの内部全体が存在しないかもしれないと思ってる。魅力的だけど、じゃあ、物質の球体がちょっとだけ密度が高くなったときに何が起こるの?

自分は、事象の地平線の「表面」が法則が保たれる場所だと思ってるけど、これは良い考え方じゃないと思う。もしブラックホールが十分大きければ、事象の地平線では特に変わったことは起こらないし、重要な長さの収縮もない、何もないんだ。

HNの当時の議論:宇宙は10⁷⁸年で崩壊することが予想されており、以前よりもずっと早い(phys.org)

マーク・トウェインが言ったように、「嘘は世界を一周して戻ってくる間に、真実は靴ひもを結んでいる。」実際、彼は多分そんなこと言ってないけど、みんながそう言い続けていて、ポイントを完璧に示している。もちろん、そんなことを言ったのはガンダルフだよ。私に反論しようとする前に、ガンダルフは時空の連続性のようなくだらないことに気を使う必要のない魔法使いだってことを指摘しておくよ。P.S.:

この詳細が気になった:> [1975年の論文で] アシュテカールとマグノンは、時空が全体的にハイパーボリックであると仮定しているけど、現代の仮定は時空が全体的にフラットだってことじゃないの?

この用語は因果構造を指しているよ: https://en.wikipedia.org/wiki/Globally_hyperbolic_manifold

まだ宇宙に何か見落としているものがあって、次の10億年の壮大な理論がそれを見逃している気がする。

笑、数日前にここにすごく似たコメントを書いたよ: https://news.ycombinator.com/item?id=43964524 それは本当で、その論文はナンセンスだね。これ以上言うことはあまりないよ。プレプリントサーバーは時々、ピアレビューを通過しないようなものを公開することがあるからね。(約2年前の韓国の「超伝導体」を覚えてる?)メディアはそれについて書くときは慎重であるべきだと思う。

その論文がPRLにまで掲載されたんだよね。似たようなナンセンスを作ってPRLに送れば、キャリアのチャンスが良くなったかもしれないな。

これが無意味かどうかは別として、この批評の中の引用は心配だね:> もし私が科学ジャーナリストで、こんな衝撃的な展開についての記事を書いているなら、専門家にメールを送って本当かどうか確認するだろう。そんな態度だと、私たちはみんな地球が平らだとか、太陽が地球の周りを回っていると信じることになるよね。結局のところ、当時の専門家たちも両方とも間違って信じていたんだから。

大きな物体が重力的に放射しない理由を簡単に理解する方法はあるのかな?加速している観測者は、アンルー効果と呼ばれるものを通じて熱放射のバスを見ているんだ。もし惑星に立っているなら、重力の下で加速しているから、アンルー放射は見えないの?これはホーキング放射と関係があるのかな?

もし惑星に立っているなら、重力の下で加速しているから、アンルー放射は見えないの?素人だけど、立っているときは実際には加速してないんじゃない?何も支えてくれるものがなければ加速していることになるから、落ちているときだけだよね。