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先進文明はブラックホールを巨大な量子コンピュータとして使っている可能性

もし生命がこの宇宙で普通に見られるのなら、そしてそう疑うだけの理由があるのなら、なぜあらゆる場所でその証拠を見ることができないのだろうか?これはフェルミ・パラドックスの本質であり、近代天文学の誕生以来、天文学者や宇宙論者を悩ませてきた問題である。もし、過去に我々の銀河系に高度な生命体が出現していたならば、いたるところにその活動の痕跡が見られるはずだと主張する、多くの解決策の1つであるハートティプラー予想(Hart-TIpler Conjecture)の理由もここにあるのだ。自己複製する探査機や巨大構造物など、タイプIIIのような活動の痕跡がある可能性がある。

一方、いくつかの解決案は、高度な生命体がこのような大規模な活動を行うという概念に疑問を投げかけている。また、高度な地球外文明は、目立たないような活動や場所で活動しているだろうという意見もある。最近の研究では、ドイツとグルジアの研究チームが、高度な地球外文明(ETC)がブラックホールを量子コンピュータとして利用する可能性を提案している。これは、コンピューティングの観点からも理にかなっており、私たちが宇宙を見たときに見える活動の欠如を説明するものである。

この研究は、マックス・プランク物理学研究所の理論物理学者で、ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学の物理学部長であるGia Dvali氏と、トビリシ自由大学の物理学教授で、グルジア国立天体物理観測所の研究者であるZaza Osmanov氏によって行われた。この研究成果は、『International Journal of Astrobiology』誌に掲載される予定で、現在審査中だ。

最初のSETI調査(オズマ計画)は1960年に実施され、有名な宇宙物理学者Frank Drake博士ドレイクの方程式を提唱)が主導した。この調査は、グリーンバンク天文台の26メートル(85フィート)電波望遠鏡を使って、近傍の星系であるくじら座タウ星エリダヌス座イプシロン星からの電波を受信するために行われたものだ。それ以来、SETIプロジェクトの大半は、星間空間を伝搬する電波の特性を利用して、電波のテクノシグネチャを探索する方向で進められてきた。Dvali氏とOsmanov氏は、Universe Todayに電子メールで次のように説明している。

「現在、私たちは主に電波によるメッセージを探しており、星の周りに作られた巨大構造物、いわゆるダイソン球の候補を見つけるために、空を調査する試みがいくつか行われています。一方、SETIの問題は非常に複雑なので、可能な限りのチャンネルをテストする必要があります。

例えば、パルサー、白色矮星、ブラックホールなどの周りに作られた巨大構造物からの赤外線や光放射などだ。これらのテクノシグネチャーの異常なスペクトル変動を探索することで、通常の天体物理学的な天体と区別することができるかもしれないのです。」

多くの研究者にとって、この限定された焦点は、SETIがテクノシグネチャの証拠を見つけることができなかった主な理由の一つである。近年、天文学者や天体物理学者は、他のテクノシグネチャーや方法、例えばメッセージング地球外知的生命体(METI)を探すことによって、探索を拡大することを推奨している。これらには、指向性エネルギー(レーザー)、ニュートリノ放出、量子通信、重力波などがあり、その多くはNASAテクノシグネチャー報告書(2018年発表)やテクノクライム2020ワークショップで綴られている。

今回、Dvari氏とOsmanov氏は、大規模量子コンピューティングの証拠という、まったく別のものを探すことを提案した。量子コンピューティングの利点は、デジタルコンピューティングよりも指数関数的に速く情報を処理できることや、暗号解読の影響を受けないことなど、よく知られている。「今日の量子コンピュータの進歩の速さを考えると、高度な文明がこの技術をより大規模なものに適応させることができると考えるのは、全く論理的なことである。」と、Dvari氏とOsmanov氏は語った。

「どんなに高度な文明であろうと、粒子の組成や化学的性質が我々とどんなに違っていようと、我々は量子物理学と重力の法則によって統一されています。これらの法則は、量子情報を最も効率的に保存できるのはブラックホールであることを教えてくれます。

私たちの最近の研究では、理論的には、非重力的な相互作用によって作られた、情報の保存容量が飽和する装置(いわゆる「サチュロン」)も存在する可能性がありますが、ブラックホールが断トツでトップです。これに対応して、十分に高度なETIであれば、情報の保存と処理にブラックホールを利用することが予想されます。」

このアイデアは、ノーベル賞受賞者Sir Roger Penroseの研究を基にしている。彼は、エルゴ球を利用することで、ブラックホールから無限のエネルギーを取り出せるという有名な提案をした。この空間は、事象の地平線のすぐ外側にあり、侵入した物質が円盤を形成し、光速近くまで加速されて膨大な量の放射線を放出する。この空間は、超大質量ブラックホール(SMBH)に物質を供給し(そしてその結果生じる放射線を利用し)、あるいは単にSMBHがすでに出しているエネルギーを利用することで、高度なETIの究極の動力源になるかもしれないと、いくつかの研究者は示唆している。

後者のシナリオには、ブラックホールが持つ角運動量を利用する方法(「ペンローズ過程」)と、超高速ジェットから発生する熱とエネルギーを利用する方法(おそらくダイソン球の形で)の2つの可能性が考えられている。この後の論文で、Dvari氏とOsmanov氏は、ブラックホールが究極の計算の源になる可能性を示唆している。これは、a)文明の進歩は、その計算性能のレベルに直接相関しているb)計算性能の進歩には普遍的な指標があり、それはSETIのテクノシグネチャーとして利用できる、という考えに基づいている。

量子力学の原理を利用して、Dvari氏とOsmanov氏は、量子情報のための最も効率的なコンデンサーはどのようなものであるかを説明した。これらのブラックホールは、計算効率の点から、自然界に存在するような大きなものではなく、人工的でマイクロサイズのものである可能性が高い。その結果、これらのブラックホールは、自然界に存在するものよりもエネルギーが高くなるだろうと彼らは主張している。

「情報検索時間の単純なスケーリング特性を分析することで、情報量と処理時間の最適化は、少数の大きなブラックホールではなく、多数のミクロなブラックホールの生成にエネルギーを投入することが、ETIにとって最大限の利益になることを示唆することを示しました。

第一に、マイクロブラックホールは、ホーキング放射のより高いエネルギースペクトルで、より高い強度で放射します。次に、加速器で高エネルギーの粒子を衝突させ、ブラックホールを作る必要があります。この製造は、必然的に高エネルギー放射のサインを提供します。」

ホーキング放射は、ブラックホールの事象の地平線の外側で、相対論的量子効果によって放出されると考えられている。この放射が放出されると、ブラックホールの質量と回転エネルギーが減少し、最終的にブラックホールは蒸発すると理論的に考えられている。Dvari教授とOsmanov教授は、このホーキング放射は「民主的」であり、現代の観測装置で検出可能なさまざまな種類の素粒子が生成されるだろうと述べている。

「ホーキング放射の優れた点は、既存のすべての粒子種に普遍的であることです。そのため、ETI量子コンピュータは、ニュートリノや光子などの『普通の』粒子を放射する必要があります。特にニュートリノは、その並外れた透過力により、スクリーニングの可能性を回避できる優れたメッセンジャーです。

特に、情報を蓄積するマイクロブラックホールからのホーキング放射と、マイクロブラックホールを製造する衝突工場からの非常に高いエネルギーのニュートリノの束という形で、ETIの新しいフィンガープリントを提供します。ホーキング放射の成分は、非常に高いエネルギーを持つ黒体スペクトルの重ね合わせになると予想されます。この論文では、IceCube観測所がそのようなテクノシグネチャーを観測できる可能性があることを示しました。しかし、これはSETIの非常にエキサイティングな新しい方向性を示す潜在的な一例に過ぎません。」

多くの点で、この理論は、宇宙物理学者で数学者のJohn D. Barrowが1998年に提唱した Barrow Scaleの論理と呼応している。 Kardashev Scaleを改良したBarrow Scaleは、文明は外宇宙(惑星、太陽系、銀河系など)ではなく、内宇宙(分子、原子、量子領域)の物理的な支配力によって特徴づけられるべきであると提案している。このスケールは、フェルミのパラドックスの解決策として提唱されている「超越仮説」の中心的なもので、ETIは私たちが認識できるものを超えて「超越」していることを示唆している。

この理論は、フェルミのパラドックスに対するもう一つの解決策を提供するものであり、ここにもう一つのエキサイティングな側面がある。彼らはこう説明した。

「これまで我々は、人工ブラックホールのホーキング放射によって生成される高エネルギーニュートリノやその他の粒子という形で、SETIの自然な方向性を完全に見落としていたのです。したがって、このような高エネルギー粒子の様々な実験的探索は、宇宙の観測可能な領域内に高度なETIが存在することを示す極めて重要な光を当てることができる可能性があります” と述べています。

要するに、私たちが宇宙を見たときに『大いなる沈黙』を見るのは、間違ったテクノシグネチャーを探しているからかも知れません。もし、地球外生命体が人類より先に誕生していたのなら(宇宙の年齢を考えると、これは妥当なことだと思う)、彼らが無線通信やデジタルコンピューティングをとっくに使いこなしているのは当然である。この理論のもう一つの利点は、なぜ我々が今日まで文明から何の連絡も受けないのかを説明するのに、すべてのETIに適用する必要がないということです。

コンピュータが指数関数的に進歩することを考えると(人類をテンプレートとして)、高度な文明が電波を発信する期間は短いのかも知れない。これは、ドレイク方程式の重要な部分である「Lパラメータ」であり、文明が検知可能な信号を宇宙空間に放出する時間の長さを意味する。一方、この研究は、SETI調査が今後探すべき、もうひとつの技術的なシグネチャーの可能性を示している。パラドックスは依然として続いているが、それを解決するためには、高度な生命体の痕跡を1つ見つけるだけでよいのだ。


論文

研究の要旨

ブラックホールは量子情報の最も効率的なコンデンサであることを説明する。そのため 十分に発達した文明はすべて、最終的にブラックホールを量子コンピュータに採用することが予想される。ブラックホールに付随するホーキング放射は、粒子種の中で民主的である。このため、宇宙人の量子コンピュータは、我々の検出器の感度範囲内にあるニュートリノや光子などの通常の粒子で放射を行うだろう。このことは、SETIに次のような新しい道を提供する。重力によってのみ我々の世界と相互作用する隠れた粒子種で完全に構成された文明を含む、SETIの新しい道を提供する。このことは、重力によってのみ我々の世界と相互作用する隠れた粒子種で完全に構成された文明を含む、SETIの新しい道を提供する。


この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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masapoco

TEXAL管理人。中学生の時にWindows95を使っていたくらいの年齢。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題が得意だが、テクノロジー関係の話題も大好き。最近は半導体関連に特に興味あり。アニメ・ゲーム・文学も好き。最近の推しは、アニメ『サマータイムレンダ』

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