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'''ブラックホールファイアウォール'''(black hole firewall)は、[[ブラックホール]]へ落ち込む観測者が[[事象の地平線]]で（もしくは近くで）高エネルギーな量子(quanta)の壁に出くわすのではないかという仮想的な現象である。「ファイアウォール」現象は2012年に、{{仮リンク|アフメッド・アルムヘイリ|en|Ahmed Almheiri}}(Ahmed Almheiri)、{{仮リンク|ドナルド・マロルフ|en|Donald Marolf}}(Donald Marolf)、{{仮リンク|ジョゼフ・ポルチンスキー|en|Joseph Polchinski}}(Joseph Polchinski)、{{仮リンク|ジェームス・サリー|en|James Sully}}(James Sully)<ref>A. Almheiri, D. Marolf, J. Polchinski, and J. Sully (2012). "Black Holes: Complementarity or Firewalls?," arXiv:1207.3123 [http://arxiv.org/abs/1207.3123]</ref> により{{仮リンク|ブラックホール相補性|en|black hole complementarity}}(black hole complementarity)と一見、不整合性を持つように見える解として提示された。提案は、2012年の論文の筆者の頭文字をとって、 "AMPS" ファイアウォールと名付けられた<ref>Borun D. Chowdhury and Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.88.063509 Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)]</ref>。この不整合を解消するためにファイアウォールを使うことは、2013年なっても高エネルギー物理学者の間で論争となっている<ref name="nature/Fire in the hole">Astrophysics: Fire in the hole! http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726</ref>。前と同じ著者による別な論文 <ref>Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, Douglas Stanford, and James Sully, "An Apologia for Firewalls", [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP09(2013)018 JHEP 09 (2013) 018]</ref> で、同じ考え方が過去にも提案されてきたと主張した<ref>G. Chapline, E. Hohlfeld, R. B. Laughlin and D. I. Santiago, "Quantum phase transitions and the breakdown of classical general relativity," [http://dx.doi.org/10.1142/S0217751X03016380 Int. J. Mod. Phys. A 18, 3587 (2003)]</ref><ref>P. O. Mazur and E. Mottola, \Gravitational condensate stars: An alternative to black holes," [http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035 http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035]</ref><ref name="winterberg">F. Winterberg, "Gamma Ray Bursters and Lorentzian Relativity," [http://www.znaturforsch.com/aa/v56a/56a0889.pdf Z. Naturforsch. 56A (2001) 889-892.]</ref><ref>A. Davidson, "Holographic Shell Model: Stack Data Structure inside Black Holes," [http://arxiv.org/abs/1108.2650 http://arxiv.org/abs/1108.2650]</ref><ref>A. Giveon and N. Itzhaki, "String Theory Versus Black Hole Complementarity," [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP12(2012)094 JHEP 1212, 094 (2012)]</ref>。これらの中でも、ウィンタバーグの提案は重要であると主張した。
'''ブラックホールファイアウォール'''(black hole firewall)は、[[ブラックホール]]へ落ち込む観測者が[[事象の地平線]]で（もしくは近くで）高エネルギーな量子(quanta)の壁に出くわすのではないかという仮想的な現象である。「ファイアウォール」現象は2012年に、{{仮リンク|アフメッド・アルムヘイリ|en|Ahmed Almheiri}}(Ahmed Almheiri)、{{仮リンク|ドナルド・マロルフ|en|Donald Marolf}}(Donald Marolf)、{{仮リンク|ジョゼフ・ポルチンスキー|en|Joseph Polchinski}}(Joseph Polchinski)、{{仮リンク|ジェームス・サリー|en|James Sully}}(James Sully)<ref>{{cite journal|last=Almheiri|first=Ahmed|coauthors=Marolf, Donald; Polchinski, Joseph; Sully, James|title=Black holes: complementarity or firewalls?|journal=Journal of High Energy Physics|date=11 February 2013|volume=2013|issue=2|doi=10.1007/JHEP02(2013)062|arxiv=1207.3123}}</ref> により{{仮リンク|ブラックホール相補性|en|black hole complementarity}}(black hole complementarity)と一見、不整合性を持つように見える解として提示された。提案は、2012年の論文の筆者の頭文字をとって、 "AMPS" ファイアウォールと名付けられた<ref>Borun D. Chowdhury and Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.88.063509 Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)]</ref>。この不整合を解消するためにファイアウォールを使うことは、2013年なっても高エネルギー物理学者の間で論争となっている<ref name="nature/Fire in the hole">Astrophysics: Fire in the hole! http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726</ref>。前と同じ著者による別な論文 <ref>Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, Douglas Stanford, and James Sully, "An Apologia for Firewalls", [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP09(2013)018 JHEP 09 (2013) 018]</ref> で、同じ考え方が過去にも提案されてきたと主張した<ref>G. Chapline, E. Hohlfeld, R. B. Laughlin and D. I. Santiago, "Quantum phase transitions and the breakdown of classical general relativity," [http://dx.doi.org/10.1142/S0217751X03016380 Int. J. Mod. Phys. A 18, 3587 (2003)]</ref><ref>P. O. Mazur and E. Mottola, \Gravitational condensate stars: An alternative to black holes," [http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035 http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035]</ref><ref name="winterberg">F. Winterberg, "Gamma Ray Bursters and Lorentzian Relativity," [http://www.znaturforsch.com/aa/v56a/56a0889.pdf Z. Naturforsch. 56A (2001) 889-892.]</ref><ref>A. Davidson, "Holographic Shell Model: Stack Data Structure inside Black Holes," [http://arxiv.org/abs/1108.2650 http://arxiv.org/abs/1108.2650]</ref><ref>A. Giveon and N. Itzhaki, "String Theory Versus Black Hole Complementarity," [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP12(2012)094 JHEP 1212, 094 (2012)]</ref>。これらの中でも、ウィンタバーグの提案は重要であると主張した。


<!---A '''black hole firewall''' is a hypothetical phenomenon where an observer that falls into an old [[black hole]] encounters high-energy [[quantum|quanta]] at (or near) the [[event horizon]]. The "firewall" phenomenon was proposed in 2012 by [[Ahmed Almheiri]], [[Donald Marolf]], [[Joseph Polchinski]], and [[James Sully]]<ref>A. Almheiri, D. Marolf, J. Polchinski, and J. Sully, "Black Holes: Complementarity or Firewalls?," [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP02(2013)062 JHEP 02 (2013) 062]</ref> as a possible solution to an apparent inconsistency in [[black hole complementarity]]. The proposal is sometimes referred to as the AMPS firewall,<ref>Borun D. Chowdhury and Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.88.063509 Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)]</ref> an acronym for the names of the authors of the 2012 paper. The use of a firewall to resolve this inconsistency remains controversial as of 2013, with high-energy physicists divided as to the solution to the paradox.<ref name="nature/Fire in the hole">Astrophysics: Fire in the hole! http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726</ref> In another article<ref>Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, Douglas Stanford, and James Sully, "An Apologia for Firewalls", [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP09(2013)018 JHEP 09 (2013) 018]</ref> these same authors claimed similar concepts have been proposed in the past.<ref>G. Chapline, E. Hohlfeld, R. B. Laughlin and D. I. Santiago, "Quantum phase transitions and the breakdown of classical general relativity," [http://dx.doi.org/10.1142/S0217751X03016380 Int. J. Mod. Phys. A 18, 3587 (2003)]</ref><ref>P. O. Mazur and E. Mottola, \Gravitational condensate stars: An alternative to black holes," [http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035 http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035]</ref><ref name="winterberg">F. Winterberg, "Gamma Ray Bursters and Lorentzian Relativity," [http://www.znaturforsch.com/aa/v56a/56a0889.pdf Z. Naturforsch. 56A (2001) 889-892.]</ref><ref>A. Davidson, "Holographic Shell Model: Stack Data Structure inside Black Holes," [http://arxiv.org/abs/1108.2650 http://arxiv.org/abs/1108.2650]</ref><ref>A. Giveon and N. Itzhaki, "String Theory Versus Black Hole Complementarity," [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP12(2012)094 JHEP 1212, 094 (2012)]</ref> Of these Winterberg's proposal<ref name="winterberg"/> has priority.</ref>-->
<!---A '''black hole firewall''' is a hypothetical phenomenon where an observer that falls into an old [[black hole]] encounters high-energy [[quantum|quanta]] at (or near) the [[event horizon]]. The "firewall" phenomenon was proposed in 2012 by [[Ahmed Almheiri]], [[Donald Marolf]], [[Joseph Polchinski]], and [[James Sully]]<ref>{{cite journal|last=Almheiri|first=Ahmed|coauthors=Marolf, Donald; Polchinski, Joseph; Sully, James|title=Black holes: complementarity or firewalls?|journal=Journal of High Energy Physics|date=11 February 2013|volume=2013|issue=2|doi=10.1007/JHEP02(2013)062|arxiv=1207.3123}}</ref> as a possible solution to an apparent inconsistency in [[black hole complementarity]]. The proposal is sometimes referred to as the AMPS firewall,<ref>Borun D. Chowdhury and Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.88.063509 Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)]</ref> an acronym for the names of the authors of the 2012 paper. The use of a firewall to resolve this inconsistency remains controversial as of 2013, with high-energy physicists divided as to the solution to the paradox.<ref name="nature/Fire in the hole">Astrophysics: Fire in the hole! http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726</ref> In another article<ref>Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, Douglas Stanford, and James Sully, "An Apologia for Firewalls", [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP09(2013)018 JHEP 09 (2013) 018]</ref> these same authors claimed similar concepts have been proposed in the past.<ref>G. Chapline, E. Hohlfeld, R. B. Laughlin and D. I. Santiago, "Quantum phase transitions and the breakdown of classical general relativity," [http://dx.doi.org/10.1142/S0217751X03016380 Int. J. Mod. Phys. A 18, 3587 (2003)]</ref><ref>P. O. Mazur and E. Mottola, \Gravitational condensate stars: An alternative to black holes," [http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035 http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035]</ref><ref name="winterberg">F. Winterberg, "Gamma Ray Bursters and Lorentzian Relativity," [http://www.znaturforsch.com/aa/v56a/56a0889.pdf Z. Naturforsch. 56A (2001) 889-892.]</ref><ref>A. Davidson, "Holographic Shell Model: Stack Data Structure inside Black Holes," [http://arxiv.org/abs/1108.2650 http://arxiv.org/abs/1108.2650]</ref><ref>A. Giveon and N. Itzhaki, "String Theory Versus Black Hole Complementarity," [http://dx.doi.org/10.1007/JHEP12(2012)094 JHEP 1212, 094 (2012)]</ref> Of these Winterberg's proposal<ref name="winterberg"/> has priority.</ref>-->


==動機を与えたパラドックス==
==動機を与えたパラドックス==
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The [[Fuzzball_(string_theory)]] picture resolves the dilemma by replacing the 'no-hair' vacuum by a stringy quantum state, thus explicitly coupling any outgoing Hawking radiation with the formation history of the black hole.<ref>S. Mathur (2009). "The information paradox: A pedagogical introduction," arXiv:0909.1038 [http://arxiv.org/abs/0909.1038]</ref>-->
The [[Fuzzball_(string_theory)]] picture resolves the dilemma by replacing the 'no-hair' vacuum by a stringy quantum state, thus explicitly coupling any outgoing Hawking radiation with the formation history of the black hole.<ref>S. Mathur (2009). "The information paradox: A pedagogical introduction," arXiv:0909.1038 [http://arxiv.org/abs/0909.1038]</ref>-->


[[スティーヴン・ホーキング]](Stephen Hawking)は、2014年1月に主要メディアを通した非公式な提案であるが<ref>[http://arxiv.org/abs/1401.5761 Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes]</ref>、ブラックホールの[[事象の地平面]]を「見かけ上の地平線("apparent horizon")」へ置き換えるという提案を行った．「見かけ上の地平線」においては、落下する物質は一旦停止した後でリリースされる。しかし、何を正確に提案しようとしているのか、どのようにパラドックスが解決されているのかについて、混乱しているのではとする物理学者もいる<ref>[http://www.csmonitor.com/Science/2014/0129/Why-some-physicists-aren-t-buying-Hawking-s-new-black-hole-theory Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory], [[Christian Science Monitor]]</ref>。
[[スティーヴン・ホーキング]](Stephen Hawking)は、2014年1月に主要メディアを通した非公式な提案であるが<ref>{{cite web|last=Hawking|first=Stephen|title=Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes|url=http://arxiv.org/abs/1401.5761|publisher=[[arXiv]]|accessdate=15 March 2014|date=22 Jan 2014}}</ref>、ブラックホールの[[事象の地平面]]を「見かけ上の地平線("apparent horizon")」へ置き換えるという提案を行った．「見かけ上の地平線」においては、落下する物質は一旦停止した後でリリースされる。しかし、何を正確に提案しようとしているのか、どのようにパラドックスが解決されているのかについて、混乱しているのではとする物理学者もいる<ref>{{cite news|title=Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory|url=http://www.csmonitor.com/Science/2014/0129/Why-some-physicists-aren-t-buying-Hawking-s-new-black-hole-theory|accessdate=15 March 2014|newspaper=[[Christian Science Monitor]]|date=29 January 2014}}</ref>。
<!---[[Stephen Hawking]] received widespread mainstream media coverage in January 2014 with an informal proposal<ref>[http://arxiv.org/abs/1401.5761 Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes]</ref> to replace the [[event horizon]] of a black hole with an "apparent horizon" where infalling matter is suspended and then released; however, some scientists have expressed confusion about what precisely is being proposed and how the proposal would solve the paradox.<ref>[http://www.csmonitor.com/Science/2014/0129/Why-some-physicists-aren-t-buying-Hawking-s-new-black-hole-theory Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory], [[Christian Science Monitor]]</ref>-->
<!---[[Stephen Hawking]] received widespread mainstream media coverage in January 2014 with an informal proposal<ref>{{cite web|last=Hawking|first=Stephen|title=Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes|url=http://arxiv.org/abs/1401.5761|publisher=[[arXiv]]|accessdate=15 March 2014|date=22 Jan 2014}}</ref> to replace the [[event horizon]] of a black hole with an "apparent horizon" where infalling matter is suspended and then released; however, some scientists have expressed confusion about what precisely is being proposed and how the proposal would solve the paradox.<ref>{{cite news|title=Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory|url=http://www.csmonitor.com/Science/2014/0129/Why-some-physicists-aren-t-buying-Hawking-s-new-black-hole-theory|accessdate=15 March 2014|newspaper=[[Christian Science Monitor]]|date=29 January 2014}}</ref>-->


==特徴==
==特徴==

2014年3月16日 (日) 02:09時点における版

ブラックホールファイアウォール(black hole firewall)は、ブラックホールへ落ち込む観測者が事象の地平線で（もしくは近くで）高エネルギーな量子(quanta)の壁に出くわすのではないかという仮想的な現象である。「ファイアウォール」現象は2012年に、アフメッド・アルムヘイリ（英語版）(Ahmed Almheiri)、ドナルド・マロルフ（英語版）(Donald Marolf)、ジョゼフ・ポルチンスキー（英語版）(Joseph Polchinski)、ジェームス・サリー（英語版）(James Sully)[1] によりブラックホール相補性（英語版）(black hole complementarity)と一見、不整合性を持つように見える解として提示された。提案は、2012年の論文の筆者の頭文字をとって、 "AMPS" ファイアウォールと名付けられた[2]。この不整合を解消するためにファイアウォールを使うことは、2013年なっても高エネルギー物理学者の間で論争となっている[3]。前と同じ著者による別な論文 [4] で、同じ考え方が過去にも提案されてきたと主張した[5][6][7][8][9]。これらの中でも、ウィンタバーグの提案は重要であると主張した。


動機を与えたパラドックス

ホーキング輻射だけの単独な輻射(single emission)は、2つの互いに量子的にもつれた(entangled)粒子を意味する。出てくる粒子は、ホーキング輻射として放射され、落ち込む粒子はブラックホールへ飲み込まれる。レオナルド・サスカインドや他の学者による広く受け入れられている研究に従えば、出てくる粒子は前にブラックホールから発射された全てのホーキング輻射と、もつれねばならない。これがパラドックスを作り出す。全ての量子系のように「一夫一婦制のもつれ」と呼ばれる原理に従うと、出てくる粒子は同時に 2つの独立した系と完全にもつれ合うことはできない。さらにここでは、出てくる粒子は（ブラックホールの中へ）落ち込んだ粒子と過去にホーキング輻射された粒子とも独立にもつれ合っているように見える。[3]

パラドックスを解消するために、物理学者たちは結局、3つの時間発展で検証されている理論のうちの 1つをあきらめざるを得ないかもしれない。3つとはアインシュタインの等価原理、ユニタリ性(Unitarity)、現在の場の量子論である。[10]

パラドックスの「ファイアウォール」による解決

ある科学者は、量子的もつれ(entanglement)は落ち込む粒子と出て行く粒子の間でもつれを断ち切ってはならないと言っている。このもつれを破ることは、エネルギーの量を思いもよらぬものとするかもしれず、従ってブラックホールの事象の地平線では、何者も焼却してしまうようなブラックホールファイアウォールを作る。この解決方法は、自由落下と空中に浮いていることとは区別できないとするアインシュタインの等価原理を破ることを要求する。等価原理の破れは、「とんでもない」特徴付けであり、「レンガ以上のものが突然あらわれ、顔面にぶつかるようなファイアウォールは空中に、突然あらわれることは単純にはできない」と反対する科学者もいる。[3]

パラドックスのファイアウォールを使わない解決

実際は輻射される粒子とそれ以前にホーキング輻射された粒子の間にもつれは存在しない、とする科学者もいる。この解決方法は、ブラックホール情報喪失を起こすことになり、ユニタリ性を極端に壊してしまう。[3]

ほかには、スティーブン・ギディングス(Steve Giddings)のように、量子場理論を変更し、量子的なもつれが出て行く粒子と落ち込む粒子のゆっくりと解消していくようにし、結果としてブラックホールの内部のエネルギーが緩やかに開放され、最後にはファイアウォールがなくなる。[3]

ジュアン・マルダセーナ(Juan Maldacena)やレオナルド・サスカインド(Leonard Susskind)は、出て行く粒子と落ち込む粒子はなにかワームホールのようなものでつながっていて、独立した系ではなくなっているではと示唆している。しかし、2013年に、この仮説はまだ検討作業進行中である。[11][12]

ファズボール（英語版）(Fuzzball)の描像は、「ノーヘア」真空を弦の量子状態と取り替えることでジレンマを解決する。このように、ブラックホールの公式の歴史を持っていて、出力されてくるホーキング輻射とは明白に（ファズボールが）関係する。[13]

スティーヴン・ホーキング(Stephen Hawking)は、2014年1月に主要メディアを通した非公式な提案であるが[14]、ブラックホールの事象の地平面を「見かけ上の地平線("apparent horizon")」へ置き換えるという提案を行った．「見かけ上の地平線」においては、落下する物質は一旦停止した後でリリースされる。しかし、何を正確に提案しようとしているのか、どのようにパラドックスが解決されているのかについて、混乱しているのではとする物理学者もいる[15]。

特徴

ブラックホールファイアウォールは、ブラックホールの事象の地平線に存在して、事象に地平線の外側にいる観察者にはみることができないのかもしれない。事象の地平線を通過しブラックホールの中へ落ち込む物質は、直ちにファイアウォールで、全ての熱い「煮えたぎった粒子の渦」で「カリカリに焼かれて」しまうかもしれない。[3]

参照項目

参考文献

  1. ^ Almheiri, Ahmed; Marolf, Donald; Polchinski, Joseph; Sully, James (11 February 2013). “Black holes: complementarity or firewalls?”. Journal of High Energy Physics 2013 (2). arXiv:1207.3123. doi:10.1007/JHEP02(2013)062. 
  2. ^ Borun D. Chowdhury and Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)
  3. ^ a b c d e f Astrophysics: Fire in the hole! http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726
  4. ^ Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, Douglas Stanford, and James Sully, "An Apologia for Firewalls", JHEP 09 (2013) 018
  5. ^ G. Chapline, E. Hohlfeld, R. B. Laughlin and D. I. Santiago, "Quantum phase transitions and the breakdown of classical general relativity," Int. J. Mod. Phys. A 18, 3587 (2003)
  6. ^ P. O. Mazur and E. Mottola, \Gravitational condensate stars: An alternative to black holes," http://arxiv.org/abs/gr-qc/0109035
  7. ^ F. Winterberg, "Gamma Ray Bursters and Lorentzian Relativity," Z. Naturforsch. 56A (2001) 889-892.
  8. ^ A. Davidson, "Holographic Shell Model: Stack Data Structure inside Black Holes," http://arxiv.org/abs/1108.2650
  9. ^ A. Giveon and N. Itzhaki, "String Theory Versus Black Hole Complementarity," JHEP 1212, 094 (2012)
  10. ^ Ouellette, Jennifer (2012年12月21日). “Black Hole Firewalls Confound Theoretical Physicists”. Scientific American. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=black-hole-firewalls-confound-theoretical-physicists 2013年10月29日閲覧。 
  11. ^ Overbye, Dennis (2013年8月12日). “A Black Hole Mystery Wrapped in a Firewall Paradox”. New York Times. http://www.nytimes.com/2013/08/13/science/space/a-black-hole-mystery-wrapped-in-a-firewall-paradox.html 2013年10月29日閲覧。 
  12. ^ “The Firewall Paradox”. New York Times. (2013年8月12日). http://www.nytimes.com/interactive/2013/08/13/science/0813-sci-blackhole.html 2013年10月29日閲覧。 
  13. ^ S. Mathur (2009). "The information paradox: A pedagogical introduction," arXiv:0909.1038 [1]
  14. ^ Hawking, Stephen (2014年1月22日). “Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes”. arXiv. 2014年3月15日閲覧。
  15. ^ “Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory”. Christian Science Monitor. (2014年1月29日). http://www.csmonitor.com/Science/2014/0129/Why-some-physicists-aren-t-buying-Hawking-s-new-black-hole-theory 2014年3月15日閲覧。 
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