物理学者ら、アインシュタイン方程式の導出で重力と量子情報を結び付ける

アインシュタインの一般相対性理論は、重力を、物質とエネルギーによって引き起こされる時空の曲がりとして記述する。量子論は微視的な世界を記述する。Phys.orgが2026年10月12日に報じた研究は、重力と量子情報が深く結び付いており、時空の形が量子場に情報がどのように蓄えられるかにさかのぼれることを示している。

1995年、物理学者テッド・ジェイコブソンは、気体を支配する法則がその分子の運動から現れるのとよく似て、アインシュタイン方程式が熱とエントロピーの物理学である熱力学から導出できることを示した。Phys.orgによると、これは重力が根本的なものではなく、より深い何かから現れる可能性があることを示唆した。フィジカル・レビュー・レターズに掲載された新研究は、量子情報を時空の幾何学に結び付ける数学的手法を用いて、その導出を再構築している。

著者らは、古典的なエントロピーの概念ではなく、量子相対エントロピーを用いている。Phys.orgによると、相対エントロピーは、通り過ぎる波を海の絶え間ないさざ波と見分けるように、二つの量子状態をどれだけよく区別できるかを測る。量子場理論と一般相対性理論の助教で、この研究の共著者であるアルベルト・ムフ博士は、次のように述べた。「我々は、地平線（それより先の情報を受け取ることができない時空の境界）で評価されたこの量が、その地平線を流れるエネルギーに等しいことを示す。」

ムフ博士は、ベッケンシュタインとホーキングによって示された、エントロピーと地平線の面積の関係は十分に確立されていると述べた。同博士は、それを相対エントロピーの結果と組み合わせると、量子物質が時空をどのように曲げるかを記述する方程式に直接つながると述べた。著者らは、自分たちの発見の意義は証明の真の新規性にあると述べた。彼らは、情報と重力の結び付きの基本的な要素がすでに知られていたことを認め、その関係は厳密な数学的証明というよりも、物理的直観と示唆的な議論を通じてしばしば提示されてきたと述べた。

Phys.orgは、論文と著者らとの広範な会話から、この研究が重力の起源について新たな手掛かりを提供する可能性が示唆されると報じた。これは、著者らが量子相対エントロピーを用いていることに基づく暫定的な結論である。同報道によると、エントロピーと重力の結び付きは何十年もの間、古典熱力学との類推に依拠してきた。著者らは、この仕事が、一般相対性理論と量子論を統合するという未解決問題である量子重力の理解に向けた意義ある一歩であると述べた。