ワームホールは、天体物理学と宇宙論では、時空のファブリックに2点を結ぶ通路です。落下するリンゴが1687年にアイザックニュートンの重力理論に影響を与えたのと同じように、リンゴを突き刺すワームは、同じく重力の枠組みの中で、新しい理論に影響を与えました。
ワームがトンネルを介してリンゴの表面の別のポイントに到達するのと同じように、時空のワームホールは、より短い時間で宇宙の遠方に移動することを可能にする理論上のショートカットを構成します。
時空ワームホール：芸術的ビジョン。出典：Pixabay。
それは多くの人の想像力を捕らえ、そして捕らえ続けている考えです。一方、宇宙論者はその存在を証明する方法を探すのに忙しい。しかし現時点では、それらは依然として推測の対象です。
ワームホール、それらを通過する時間の可能性、およびワームホールとブラックホールの違いの理解に少し近づくには、時空の概念を検討する必要があります。
時空とは何ですか？
時空の概念は、ワームホールの概念と密接に関連しています。それが最初にそれが何であるか、そしてその主な特徴が何であるかを確立することが必要である理由です。
時空は、宇宙のあらゆるイベントが発生する場所です。そして宇宙は時空の全体であり、あらゆる形態の物質エネルギーなどを収容することができます…
新郎が新婦に会うとき、それはイベントですが、このイベントには空間的な座標があります。そして、時間の調整：会議の年、月、日、時間。
星の誕生や超新星の爆発も時空に起こる出来事です。
現在、質量と相互作用のない宇宙の領域では、時空はフラットです。つまり、平行に始まる2つの光線は、その領域にとどまっている限り、このように続きます。ちなみに、光線の時間は永遠です。
もちろん、時空は常にフラットであるとは限りません。宇宙には、時空を修正する質量を持つオブジェクトが含まれ、宇宙スケールで時空湾曲を引き起こします。
加速したオブザーバーは、巨大なオブジェクトに近いものとローカルで区別できないことにインスピレーションの瞬間に彼が「私の人生の最も幸せなアイデア」と呼んだことに気付いたのは、アルバートアインシュタイン自身でした。それは有名な等価原理です。
また、加速オブザーバーは時空を曲げます。つまり、ユークリッド幾何学はもはや有効ではありません。したがって、星、惑星、銀河、ブラックホール、宇宙自体などの巨大な物体の環境では、時空が曲がります。
この曲率は、人間には重力と呼ばれる力として知覚されますが、同時に、神秘的です。
重力は、私たちが移動しているバスが急ブレーキをかけるときに私たちを前方に引っ張る力と同じくらい不可解です。それは、突然、目に見えない、暗くて巨大な何かが少しの間前進し、私たちを引き付け、突然私たちを前進させているかのようです。
惑星は太陽の周りを楕円形に移動します。これは、その質量により、時空表面に窪みが生じ、惑星が軌道を湾曲するためです。光線はまた、太陽によって生成された時空のくぼみに続いてその経路を湾曲させます。
空間を通るトンネル-時間
時空が曲面である場合、原則として、ある領域がトンネルを介して別の領域に接続することを妨げるものはありません。このようなトンネルを通過すると、場所が変わるだけでなく、別の時間に行く可能性もあります。
このアイデアは、1960年代の有名なアメリカのシリーズ「The Time Tunnel」や、最近ではスタートレックフランチャイズの「Deep Space 9」、2014年の映画「Interstellar」など、多くのSFの本、シリーズ、映画に影響を与えています。
このアイデアは、一般相対性理論の場の方程式の解を求めていたアインシュタイン自身から生まれたもので、ネイサンローゼンと共に、時空の2つの異なる領域を、ショートカットとして機能するトンネルを介して接続できる理論解を見つけました。
その解決策はアインシュタイン-ローゼン橋と呼ばれ、1935年に発表された作品に登場します。
しかし、「ワームホール」という用語は、1957年に初めて使用されました。その年の出版物における理論物理学者のジョンウィーラーとチャールズミスナーのおかげです。以前は、「1次元のチューブ」は同じアイデアを指すと言われていました。
1980年の後半、カールセーガンはSFの小説「コンタクト」を書いていたが、この本は後に映画化された。エリーという名前の主人公は、25000光年先のインテリジェントな地球外生命体を発見しました。カールセーガンはエリーがそこに旅行することを望んだが、科学的に信頼できる方法で。
近道を求めない限り、25000光年離れた場所を移動することは、人間にとって簡単な作業ではありません。特異点に近づくと、重力差が宇宙船とその乗組員を引き裂くため、ブラックホールは解決策にはなりません。
他の可能性を探すために、カールセーガンは当時のブラックホールの主要な専門家の1人に相談しました。 Wheelerが解決策でした。
しかし、Thorneは、数学的な解決策が不安定であること、つまりトンネルが開いたが、すぐに絞殺されて消えることにも気付いた。
ワームホールの不安定性
ワームホールを使用して、空間と時間の長い距離を移動することは可能ですか？
彼らが発明されて以来、ワームホールは主人公を遠く離れた場所に連れて行き、非線形時間のパラドックスを体験するために、数多くのSFプロットで役立ってきました。
Kip Thorneは、ワームホールの不安定性の問題に対する2つの可能な解決策を見つけました。
- いわゆる量子泡を通して。プランクスケール（10時-35 M）マイクロトンネルを介して時空間の2つの領域を接続することが可能な量子揺らぎがあります。架空の非常に高度な文明は、通路を広げ、人間が通過するのに十分な時間それらを保持する方法を見つけることができます。
- 負の質量問題。ソーン自身が1990年に発表した推定によると、ワームホールの端を開いたままにしておくためには、この大量の異物が必要になるでしょう。
この最後の解決策の注目すべき点は、ブラックホールとは異なり、特異点や量子現象がなく、人間がこのタイプのトンネルを通過できることです。
このように、ワームホールは、空間内の離れた領域を接続するだけでなく、時間的に分離することもできます。したがって、それらは時間旅行のための機械です。
20世紀の終わりに宇宙論の偉大な参考文献となったスティーブンホーキングは、ワームホールやタイムマシンが実現可能であるとは考えていませんでした。
それは、時空の異なる領域にある2つのブラックホールがワームホールによって内部的に接続されている可能性を示唆している他の研究者の精神を弱めていません。
これは時空旅行には実用的ではありませんが、ブラックホールの特異点に入るという苦難を別にすれば、もう1つのブラックホールなので、もう一方の端から出る可能性はありません。
ブラックホールとワームホールの違い
ワームホールについて話すとき、すぐにブラックホールについても考えます。
ブラックホールは、ある臨界質量を持つ星の進化と死の後に自然に形成されます。
それは星が核燃料を使い果たし、それ自身の重力のために不可逆的に収縮し始めた後に発生します。それは、イベントの地平線の半径よりも近くにあるものは何も逃げることができないほどの崩壊を引き起こすまで、執拗に続きます。
比較すると、ワームホールはまれな発生であり、時空の曲率における仮想の異常の結果です。理論的にはそれらを通過することが可能です。
しかし、誰かがブラックホールを通過しようとした場合、特異点の近くにある強い重力と極端な放射によって、それが原子以下の粒子の細い糸に変わります。
ブラックホールの存在については、間接的であり、ごく最近になって直接的な証拠があります。これらの証拠の中には、LIGO重力波観測所によって検出された2つの巨大なブラックホールの引力と回転による重力波の放出と検出があります。
私たちの天の川のように、巨大な銀河の中心に超巨大ブラックホールが存在するという証拠があります。
中心近くの星の急速な回転、およびそこから放射される大量の高周波放射は、これらの現象の存在を説明する巨大なブラックホールがあることの間接的な証拠です。
非常に遠い銀河にある超大質量ブラックホール（太陽の質量の70億倍）の最初の写真が世界で最初に表示されたのは2019年4月10日でした。地球からの光年。
このブラックホールの写真は、「イベントホライズン望遠鏡」と呼ばれる世界中の望遠鏡のネットワークによって作成され、世界中から200人以上の科学者が参加しました。
一方、これまでにワームホールの形跡はありません。科学者はブラックホールを検出して追跡することができましたが、ワームホールではこれは不可能でした。
したがって、ブラックホールもかつてあったように、理論的には実現可能ですが、それらは架空のオブジェクトです。
ワームホールの種類/種類
それらはまだ検出されていませんが、おそらくこのためか、ワームホールのさまざまな可能性が想像されています。それらは一般相対性理論のアインシュタインの方程式を満たすため、すべて理論的に実現可能です。ここに幾つかあります：
- 同じ宇宙の2つの時空領域を接続するワームホール。
- ある宇宙を別の宇宙に接続できるワームホール。
- アインシュタインとローゼンの橋。物質は1つの開口部から別の開口部へと通過することができます。この物質の通過は不安定性を引き起こしますが、トンネルはそれ自体で崩壊します。
- Kip Thorneのワームホール、負の質量物質の球形のシェル。安定しており、両方向に移動できます。
- いわゆるシュヴァルツシルトワームホール。2つの接続された静的ブラックホールで構成されます。物質と光は両極端の間に閉じ込められるため、それらは通過できません。
- 1つの方向にのみ通過可能な、内部で接続された2つのダイナミックブラックホールで構成される、ロードされたおよび/または回転またはカーワームホール。
- 時空の量子泡、その存在は原子レベルで理論化されています。フォームは、さまざまなゾーンを接続する非常に不安定な原子間トンネルで構成されています。それらを安定させて拡大するには、クォークグルオンプラズマを生成する必要があり、生成するエネルギーはほぼ無限大になります。
- 最近では、ストリング理論のおかげで、宇宙ストリングによってサポートされるワームホールが理論化されています。
- 絡み合って分離されたブラックホール。そこから時空のホール、または重力によって結合されたアインシュタイン-ローゼン橋が発生します。これは、物理学者のフアンマルダセナとレナードサスキンが2013年9月に提案した理論的な解決策です。
それらはアインシュタインの一般相対性理論の方程式に矛盾しないので、それらはすべて完全に可能です。
ワームホールが見られることはありますか？
長い間、ブラックホールはアインシュタインの方程式の理論的な解決策でした。アインシュタイン自身は、それらが人類に発見される可能性があるかどうか疑問に思いました。
相対性理論の著者であるアルバート・アインシュタイン（1879-1955）。出典：Pixabay。
したがって、ブラックホールは、発見されて見つかるまで、長い間、理論的な予測として残っていました。科学者はワームホールに対して同じ希望を持っています。
それらもそこにある可能性は非常に高いですが、それらを見つける方法はまだ学習されていません。非常に最近の出版物によると、ワームホールは、望遠鏡を使用しても痕跡と影を観察できるようにします。
光子はワームホールの周りを移動し、明るいリングを生成すると考えられています。最も近いフォトンは内部に落ち、ブラックホールと区別できるようにする影を残します。
インドのムンバイにあるタタ基礎研究研究所の物理学者であるラジブルシェイクによると、ある種の回転するワームホールは、ブラックホールのワームホールよりも大きくゆがんだ影を生成します。
彼の研究では、シャイクは特定のクラスの回転するワームホールによってキャストされる理論的なシャドウを研究し、ブラックホールと識別および区別できるようにするフォトンシャドウの形成におけるホールスロートの重要な役割に焦点を当てました。
Shaikhはまた、シャドウのワームホールのスピンへの依存性を分析し、それをカーのブラックホールの回転によってキャストされたシャドウと比較して、大きな違いを発見しました。それは完全に理論的な作品です。
それとは別に、今のところ、ワームホールは数学的抽象として残っていますが、いくつかはすぐに発見される可能性があります。もう一方の極端にあるのは、今のところまだ推測の主題です。
参考文献
- 量子もつれは重力を引き起こす可能性があります。Cienciaaldia.comから取得
- Progress of Physics、Vol 61、Issue 2013、781-811ページ
- ワームホール。wikipedia.orgから取得
- 時空。wikipedia.orgから取得。
- デビッド・ニールド（2018）。クレイジーな新しい論文は、ワームホールが望遠鏡で簡単に見ることができる影を投げかけることを示唆しています。sciencealert.comから取得