天文学者たちは、強力なジェットを放出するブラックホールの初めての直接画像を撮影しました（写真、ビデオ）

2023年4月26日

天文学者たちは、強力なジェットを放出するブラックホールの初めての直接画像を撮影しました（写真、ビデオ）

https://www.space.com/black-hole-jet-first-direct-image-m87

このジェットは、これまでに直接撮影された最初のブラックホールでもある、M87銀河の中心にある巨大な超大質量ブラックホールから流れ出ています。

天文学者たちは、ブラックホールが強力なジェットを放出する様子を初めて直接撮影しました。

この新しい写真は、人類が初めて直接撮影したブラックホールであり、M87銀河（M87）の中心にある巨大な超大質量ブラックホールを示しています。

この画像は、光速に近い速度で移動する天体物理学的ジェットの根元が、超大質量ブラックホールの周りに渦巻く物質にどのように接続し、その表面に供給される前にどのように接続するかを初めて正確に示しています。天文学者はこの過程を降着と呼んでいます。以前のメシエ87の中心のブラックホールの画像は、放射するジェットと超大質量ブラックホール自体を捉えることに成功しましたが、2つの特徴を同時に捉えることはありませんでした。

「この新しい画像は、ブラックホールの周りの領域とジェットを同時に示すことにより、全体像を完成させます。」と、韓国の慶北国立大学とマックス・プランク電波天文学研究所の研究チームメンバーであるジェイ・ヨン・キム氏は述べています。

関連記事：宇宙のブラックホール（画像）

M87銀河の中心にある超大質量ブラックホールから噴出する強力なジェットの画像です。（画像提供：R.-S. Lu（SHAO）、E. Ros（MPIfR）、S. Dagnello（NRAO / AUI / NSF））

太陽の65億倍の質量を持ち、地球から5500万光年離れた場所にあるM87の中心にある超大質量ブラックホールの歴史的な最初の画像は、2017年にイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）の共同研究によって撮影され、2年後に公開されました。この新しいM87とそこから噴出する流出の画像は、2018年のグリーンランド望遠鏡、アタカマ大型ミリ波サブミリ波望遠鏡（ALMA）を含むGMVA（グローバルミリメートルVLBIアレイ）の電波望遠鏡のデータを使用して作成されました。これらの望遠鏡は協力して、EHTネットワークと同じように、地球自身と同じサイズの仮想装置を形成しました。

信じられているところでは、ほとんど又はすべての大きな銀河は、中心に超巨大ブラックホールを持っていると考えられています。そして、これらの巨大ブラックホールの中には、M87の中心にあるもののように、ガスや塵の形で大量の物質を消費しているものもあります。さらに、近づきすぎた不運な星まで飲み込んでしまいます。

その結果、これらの餌食となっている巨大ブラックホールは、ほぼ光速で移動する強力な物質のジェットを噴き出しており、数千光年にわたって広がることがあります。時には、それが所属する銀河の境界をはるかに超えています。しかし、これらの超巨大ブラックホールがどのようにしてこれを行っているのかは完全に理解されていません。

「私たちは、ジェットがブラックホール周辺の領域から噴出されることを知っていますが、それが実際にどのように起こるのかはまだ完全に理解されていません」と、研究チームの一員である上海天文台のRu-Sen Luは同じ声明の中で述べています。「これを直接研究するためには、ジェットの起源をできるだけブラックホールに近い位置で観測する必要があります。」

この超大質量ブラックホールから噴出するジェットを示すだけでなく、新しい画像は、科学者がブラックホールの影と呼ぶものも示しています。

関連記事：M87銀河の巨大なブラックホールが光速に近い速度でジェットを放出する

M87銀河の超大質量ブラックホールとその強力なジェットのアーティストのイメージ図（画像提供：S. Dagnello（NRAO/AUI/NSF））

この宇宙の巨大なモンスターの莫大な重力の影響により、物質は超大質量ブラックホールの周りでほぼ光速で回転し、その過程で加熱されて輝きます。

これにより、EHTのM87ブラックホールと天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールSagittarius A*（Sgr A*）のイメージで見られる明るい金色のリングが作られます。この輝く金色のリングの中心には完全な闇があり、それがブラックホールの影です。

新しいM87超大質量ブラックホールの画像は、EHT望遠鏡の画像とも異なります。それは光の波長が長くなっている領域を表示しており、これが天文学者がこの領域で見ることができるものに影響を与えています。

「この波長では、我々は中央の超大質量ブラックホールを取り囲む放射線のリングからジェットがどのように現れるかを見ることができます」と、チームメンバーのトーマス・クリッヒバウム（マックス・プランク天文学研究所）は同じ声明の中で述べています。

新しい画像におけるブラックホールのリングのサイズは、EHTの画像よりも50%大きいこともわかりました。この違いから、M87の超大質量ブラックホールが以前よりも速く物質を取り込んでいることが科学者たちによって明らかにされました。

さらに、チリ北部のアタカマ砂漠にある66個のアンテナからなるALMA、14個の無線望遠鏡から成るGLTとGMVAの感度により、天文学者は干渉計測と呼ばれるプロセスを利用して、個々の望遠鏡からの信号を同期させ、適切にブラックホールの影を明らかにし、同時にジェットの放射をより深く観察することができました。

この望遠鏡ネットワークを使用して、天文学者たちは今後、餌を食べる超大質量ブラックホールがどのようにして強力な物質のジェットを発射するのか、より良い理解を目指すでしょう。同時観測により、この画像の背後にいるチームは超大質量ブラックホールの近くで起こる複雑なプロセスを解明することができるはずです。

「M87の中心にあるブラックホール周辺の領域を異なる無線波長で観測し、ジェットの放射をさらに研究する予定です」とマックス・プランク天文学研究所のエドゥアルド・ロスも述べています。「これからの数年間は興奮するものになるでしょう。宇宙でも最も神秘的な領域の一つで何が起こっているのか、さらに多くのことを学ぶことができるからです。」

チームの研究成果は、本日（4月26日）オンライン上で『Nature』誌に掲載されました。

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翻訳：GPT4

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私たちの宇宙の前には別の宇宙が存在しており、その宇宙からのエネルギーがブラックホールから放出されています

2022年9月22日

私たちの宇宙の前には別の宇宙が存在しており、その宇宙からのエネルギーがブラックホールから放出されています

http://amazingastronomy.thespaceacademy.org/2022/09/another-universe-existed-before-ours_22.html

ノーベル賞受賞物理学者によれば、ビッグバンの前には古い宇宙が存在しており、その存在の証拠は今でもブラックホールに見つけることができるとされています。

サー・ロジャー・ペンローズは、アインシュタインの一般相対性理論の進展とブラックホールの存在の証明に対して受賞した後、その主張を行いました。

サー・ロジャーは、「ホーキングポイント」として知られる天空の説明できない電磁放射の領域は、以前の宇宙の名残であると主張しています。

これは、「共形循環宇宙論」という宇宙の仮説の一部であり、これらのスポットが「ホーキング放射」として知られるエネルギーの最終的な放出を構成していると提案されています。それは、古い宇宙からブラックホールによって伝えられるものです。

ブラックホールとは、物質が自身によって崩壊し、光ですら逃げ出すことができないほど強力な引力を持つ空間の一部です。

そのような出来事は、私たちの銀河の中心で起こっている可能性があります。ノーベル賞を共有したラインハルト・ゲンツェルとアンドレア・ゲズは、私たちの銀河の中心に超巨大ブラックホールが存在するという最も説得力のある証拠を提供しました。

ブラックホールが完全に蒸発するまでの時間スケールが、現在の宇宙の寿命よりも長い可能性があり、そのため検出することはできないかもしれません。

「私は、ホーキング放射の観測が存在すると主張します。ビッグバンは始まりではありませんでした。ビッグバンの前に何かがあり、その何かこそが私たちの未来にあるものです」と、ロジャー卿は『テレグラフ』によれば述べました。

「私たちの宇宙は膨張し続け、全ての物質が崩壊していきます。そして、私のこの独特な理論では、その遠い未来が別の時代のビッグバンとなるのです。

だから、私たちのビッグバンは、以前の時代の遠い未来から始まり、同様にホーキング蒸発を通じて消滅していく類似のブラックホールが存在していたはずで、それらは私がホーキングポイントと呼んでいる空の点を生み出します。

私たちはそれらを見ているのです。これらの点は、月の直径の約8倍であり、わずかに温まった領域です。少なくともこれらの点に関してはかなりの証拠があります。」

この理論に対しては多くの人々から批判があり、これらのブラックホールから放射されるその種類の放射の存在はまだ証明されていません。

さらに、一つの存在として無限に広がる宇宙は、次の存在では無限に小さな宇宙となるため、宇宙が経過するにつれてすべての粒子は質量を失わなければならないという概念がありますが、これも疑問視されています。

従来の宇宙論によれば、ビッグバンの後、宇宙は短期間にわたって膨張または「インフレーション」を経験し、宇宙の構造上の異常を除去したはずです。

ロジャー卿は、ブラックホールも同様に、それらの実在が証明されるまでは単なる数学上の存在として無視されていたと述べました。

「当時、人々は非常に懐疑的であり、ブラックホールが受け入れられるまでには長い時間がかかりました...その重要性は、私は思うに、一部しか理解されていないのです」と、BBCが報じたとおりに彼は述べました。

参考文献：The Telegraph、BBC


翻訳：GPT

プランク星 - 宇宙時代の原始的な天体

2021年10月6日

プランク星 - 宇宙時代の原始的な天体

https://dailygalaxy.com/2021/10/planck-star-a-primordial-object-the-age-of-the-universe/

物理学者カルロ・ロヴェッリは、『物理学の7つのレッスン』の中で、「星の一生における最終段階は、時空の量子的なゆらぎが物質の重さと釣り合うところであり、いわゆる『プランク星』と呼ばれるものである」と観察している。もし太陽が燃焼をやめてブラックホールになった場合、事象の地平線の大きさは直径6キロメートルほどになる。ブラックホールの事象の地平線は、物理的な壁ではなく、単にブラックホールの重力場が激しくなり、脱出速度が光速を超える境界線である。光でさえも、事象の地平線から逃れることはできない。

「ブラックホールの事象の地平線の内側では、太陽の物質は崩壊し続け、最終的にはこのようなプランク星になります。量子論の創始者であるドイツの理論物理学者、マックス・プランクは、量子の発見により1918年にノーベル物理学賞を受賞しているが、その名を冠したこの奇妙な天体について、ロヴェッリはこう書いている。

シンギュラリティではない

量子力学のハイゼンベルグ不確定性原理では、ブラックホール内の物質が崩壊しても、体積の小さな真の特異点にはならない。その代わり、特異点になるよりもずっと前に、膨大なエネルギー密度をもつ物質が量子力学的な反発力を発揮することがある。ブラックホールの特異点は、「神がゼロで割ったところ」と言われてきた（アインシュタインの言葉だが、引用はその数十年後）。しかし、ブラックホールの中心領域は、神がゼロで割ったような極めて小さな数で構成されているのだ。

宇宙の年齢が回復するのに必要なもの

「太陽の全物質は原子一個分の空間に凝縮されている。プランク星はこの極限状態の物質で構成されているはずだ。「プランク星は安定ではなく、いったん極限まで圧縮されると、反動で再び膨張を始める。これが、ブラックホールの爆発につながるのです」。

恒星質量のブラックホールでは、プランク星がリバウンドするのに約140億年-宇宙の年齢とほぼ同じ-かかるそうです。したがって、リバウンドしていると予想されるのは、まだ理論的に解明されていない最も古い始原的なブラックホールだけかもしれません。

「量子重力」信号

ブラックホールとは、極端なスローモーションで見た反跳核の星である」とロヴェッリは結論づける。「宇宙の最初の瞬間の炉の中でブラックホールが形成され、そのうちのいくつかは現在爆発している可能性があります。もしそうなら、ブラックホールが爆発するときに発する信号を、空からやってくる高エネルギー宇宙線の形で観測することができるかもしれません。そうすれば、量子重力が支配する現象の影響を直接観測し、測定することができるのです」。

DeepL翻訳

新しい「アインシュタインの方程式」は、ワームホールが量子重力の鍵を握っていると示唆しています

2016年8月17日

新しい「アインシュタインの方程式」は、ワームホールが量子重力の鍵を握っていると示唆しています

https://www.sciencenews.org/blog/context/new-einstein-equation-wormholes-quantum-gravity

ER=EPRは、量子力学における相互作用と時空理解に新しい手がかりを提供することをまとめた式です。

アインシュタインの一般相対性理論によって予測されている時空の織物を貫くトンネルであるワームホール。一部の物理学者は、ワームホールが宇宙のブラックホールを結びつける可能性があると考えており、量子のもつ謎と一般相対性理論と量子力学を統合するヒントを提供する可能性があります。

トム・ジークフリード著

最近物理学界で浮上している新しい方程式があり、アインシュタインも認めるだろうと言われています。

覚えるのはかなり簡単です：ER = EPR。

この式を成立させるには、Pが1に等しくなければならないと思われるかもしれません。しかし、この式の記号は数字ではなく名前を表しています。 Eはおそらくアインシュタインを表していると思われます。 RとPは、アインシュタインの最も興味深い論文の共同研究者のイニシャルです。この式で結合されることにより、これらの文字はアインシュタインの一般相対性理論と量子力学を調和させる可能性が表現されます。

量子力学と一般相対性理論はどちらも驚異的に成功した理論です。両方とも、従来の現実観念を覆す奇妙な現象を予測します。しかし、実際に試してみると、自然は常に各理論の要件に従います。両方の理論が自然を非常によく説明するため、なぜ数学的に統合する試みがすべて失敗しているのか説明するのは難しいです。しかし、どうやら最終的には互いに適合するはずだと誰もが信じています。しかし、今のところ、自然はそれらの接続の形を秘密にしています。

ER=EPRという方程式は、重力と量子力学の統一の鍵が「ワームホール」と呼ばれる時空トンネルにあるかもしれないことを示唆しています。アインシュタインの一般相対性理論によって暗示されるこれらのトンネルは、物理的に離れた場所を短絡的につなぐようなものです。こうしたトンネルは、量子もつれとして知られる、超微粒子間の謎めいたリンクの対極のように見えます。

過去90年ほど、物理学者たちは量子力学の二つの主要な問題、すなわち量子力学の数学的解釈を理解し、奇妙さ（もつれなど）を解明する方法と、重力と結びつける方法を追求してきました。ER=EPRが正しいとすれば、両方の問題には同じ答えがあることがわかります。量子力学の奇妙さは、重力との関連性を理解することでしか理解できないかもしれません。そして、ワームホールがそのリンクを形成するかもしれません。

ワームホールは技術的にはアインシュタイン・ローゼン・ブリッジとして知られています（方程式の「ER」部分）。ネイサン・ローゼンは、1935年にアインシュタインと共同でそれらを記述した論文に協力しました。EPRは、ボリス・ポドルスキーと共に1935年にアインシュタインが発表した別の論文を指します。この論文では、量子もつれが持つ、現実の本質に関する逆説的なパズルを明らかにしています。数十年にわたり、誰もこの2つの論文が何らかの関連性を持つ可能性があると真剣に考えていませんでした。しかし、2013年に、物理学者のフアン・マルダセナとレナード・サスキンドは、ある意味では、ワームホールと量子のもつもつれは同じものを記述していると提案しました。

最近の論文で、サスキンドはこの実現に関するいくつかの示唆を明らかにしました。その中には、ワームホールと量子もつれの等式を理解することが、量子力学と一般相対性理論を統合する鍵となる可能性があること、統合の詳細がもつれの謎を説明すること、時空自体が量子もつれから現れる可能性があること、および量子力学の解釈に関する論争が解決される可能性があることが含まれます。

「ER=EPRによれば、宇宙を構成する複雑な量子系のネットワークは、同時に複雑な（そして技術的に複雑な）アインシュタイン・ローゼン・ブリッジのネットワークでもある」とサスキンドは書いています。「ER=EPRが真実であるなら、それは非常に重要な問題であり、量子力学の基盤と解釈に影響を与えると思われます。」

量子力学を理解する上で最大の障害の1つは、量子もつれ現象です。たとえば、2つの粒子が共通の源から放出されたときに起こります。このような粒子ペアの量子的な説明は、1つの粒子（例えば、スピン）の測定結果（例えば、反時計回り）が得られる確率を示します。しかし、ペアの1つのメンバーが測定された後、どんなに遠く離れていても、同じ測定を他方の粒子に行った場合の結果を瞬時に知ることができます。アインシュタインはこの現象に異を唱え、ある場所での測定が遠く離れた実験に影響を与えることはできないと主張しました（「遠隔での不気味な作用」の有名な非難を引用しています）。しかし、多くの実際の実験は、もつれの力がアインシュタインの好みに反することを確認しています。アインシュタインが主張したように、1つの粒子から他の粒子へ情報を瞬時に送信することはできませんが、もつれのパートナーに何が起こったかを知っているかのように振る舞います。

通常、物理学者たちは二つの粒子間の量子もつれを語ります。しかし、それは最も単純な例にすぎません。サスキンドは、量子場、つまり粒子が作られるものも量子もつれすることができることを指摘しています。「量子場理論の真空中では、空間的に分離された領域の量子場がもつれている」と彼は書いています。これは、真空中に存在する「仮想」粒子の（奇妙な）外見と関係があります。これらの粒子は、文字通りどこからともなく現れるペアであり、共通の起源が彼らを量子もつれさせることを保証します。彼らの短い寿命の間に、彼らは時に実在する粒子と衝突し、その後、実在する粒子自体がもつれます。

想像上最も能力のある量子実験者として一目置かれるアリスとボブが、宇宙空間でこれらの現実の相互作用する粒子を収集し始めたとしましょう。アリスは各ペアの一方を、ボブはもう一方を取ります。彼らは別々に遠く離れた宇宙の領域に飛んで、その後粒子を非常に密に圧縮してブラックホールにします。これらの粒子が最初に持っていた相互作用のため、アリスとボブは今や2つの相互作用するブラックホールを作り出しました。ER=EPRが正しい場合、ワームホールがこれらのブラックホールをリンクすることになります。したがって、相互作用はワームホールの幾何学を用いて記述できます。「これはまだ十分に評価されていない驚くべき主張です」とサスキンドは書いています。

驚くべきことに、サスキンドは、二つの細かな量子粒子が、ある種の量子ワームホールによってつながっている可能性があると提唱しています。ワームホールは時空の幾何学的な捻じれであり、アインシュタインの重力方程式で説明されます。量子力学と重力の間につながりを作り出すために、それらを量子もつれに関連付けることは驚くべきことです。

いずれにせよ、これらの展開は現実を理解するためにもつれがどれほど重要かを強調します。特に、ER=EPRは、量子力学がどのように解釈されるべきかについての議論を明確にします。標準的な量子力学の考え方（コペンハーゲン解釈）は、測定を行う観測者の役割を強調し、複数の量子の可能性を一つの確定的な結果に「収縮」させます。一方で競合するエベレット（または「多世界解釈」）は、複数の可能性がすべて発生すると言います。観測者は、複数の可能な事象の一貫性のある枝分かれのみを経験するだけです。

エバレットの観点では、可能性の雲（波動関数）の崩壊は起こりません。相互作用（すなわち測定）は単に相互作用する実体を絡み合わせるだけです。したがって、現実は「複雑な絡み合いのネットワーク」となります。原理的には、これらの絡み合いのイベントはすべて逆転できるため、何も実際に崩壊しない、または少なくとも崩壊が不可逆であると言うのは誤解を招くことになるでしょう。それでも、不可逆的な崩壊の標準的な見方は実際にはかなりうまく機能しています。現実で起こる複雑な相互作用を元に戻すことは実現不可能です。言い換えると、サスキンド氏は、ER=EPRは量子力学の現実の2つの見方が「補完的」であることを示唆しています。

サスキンドは、複数の参加者がいる場合の量子もつれの機能や、もつれがワームホールと同等であると考えることの意義について、技術的な詳細を探究しています。たとえば、ワームホールを使って光速よりも速く信号を宇宙に送信することはできないことは確かです。例えば、アリスとボブは、自分たちのブラックホールをつなぐワームホールを通じてお互いにメッセージを送ることはできません。しかし、もし本当に話をしたいのであれば、お互いのブラックホールに飛び込んで、ワームホールの中心で出会うことができます。そうした出会いは、ER=EPRの考えを強く裏付けることになりますが、アリスとボブはその論文を出版するのに苦労することになるでしょう。

その一方で、重力（時空の幾何学）と量子もつれに関するER=EPRを含む多くの論文が現れています。最近の1つの論文では、カリフォルニア工科大学の物理学者ChunJun Cao、Sean M. Carroll、Spyridon Michalakisは、真空の量子もつれの巨大なネットワークから時空が「構築」できるかを示そうとしています。「この論文では、もつれを使用した本質的に量子的な説明から、空間自体の存在と特性を導出するためのステップを踏みます」と彼らは述べています。彼らは、量子状態の変化（現実の純粋に量子的な説明）が時空幾何学の変化にリンクする方法を示しています。「この意味で、重力は自然な方法で量子力学から生じるようです」と彼らは述べています。

カオ、キャロル、ミハラキスは、彼らのアプローチが未完成であり、後で検証する必要がある仮定を含んでいることを認めています。「私たちがここでやったことは非常に初期段階であり、憶測が多く、まだ十分に厳密に計算されていないものが含まれています」とキャロルは最近のブログ投稿で書いています。

多くの物理学者たちの間では、量子力学と重力を統一するための道が明らかに開かれたという感覚があります。もしそれが正しい道であれば、Carrollは指摘していますが、量子力学から重力を得ることはまったく難しくないことが判明します。そして、サスキンドは、ワームホールを通じて量子重力への道が示されたことにより、2つの理論の統一が科学者たちが想像していたよりも深く関係していることが示唆されていると考えています。ER = EPRの含意は、「量子力学と重力が私たち（少なくとも私自身）が今まで想像していたよりもずっと密接に関連している」と彼は言います。

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翻訳：GPT４

「すべてのブラックホールには別の宇宙が存在する」という研究結果

2015年9月3日

「すべてのブラックホールには別の宇宙が存在する」という研究結果

https://in5d.com/study-every-black-hole-contains-another-universe/

私たちの宇宙は、ブラックホールの中に存在しているのかもしれません。これは奇妙に聞こえるかもしれませんが、実は、宇宙がどのように始まり、私たちが今日観察しているものを説明する最良の方法かもしれません。この理論は、私を含む少数の物理学者たちによって、過去数十年にわたって研究されてきたものです。

ビッグバン理論では、宇宙は「特異点」と呼ばれる無限に小さい点から始まり、無限に高い濃度で物質が存在し、現在のような大きさにまで膨張したと考えられているが、この理論は成功したものの、未解決の問題が多い。しかし、ここ数十年の間に提唱されたインフレーション理論により、宇宙初期のわずかな物質の塊が、なぜ銀河や銀河団といった大きな天体にまで成長したのか、といった重要な点が明らかにされつつある。

しかし、これらの理論には大きな疑問が残されている。例えば何がビッグバンを起こしたのか？何がインフレーションを起こしたのか？宇宙の膨張を加速させている謎のエネルギー「ダークエネルギー」の源は何なのか？

私たちの宇宙はすべてブラックホールの中にあるという考え方は、これらの問題やその他の多くの問題に対する答えを与えてくれます。物理的に不可能な宇宙の特異点という概念も排除される。そして、物理学の中心的な2つの理論に基づいたものである。

ニコデム・ポプラフスキーは、"チューブの中の竜巻 "を展示しています。上のボトルはブラックホールを、つながった首はワームホールを、下のボトルはワームホールのできたばかりの反対側にある成長する宇宙を象徴している。Credit: Indiana University1つ目は、現代の重力理論である一般相対性理論です。これは宇宙を最も大きなスケールで記述する理論です。宇宙のあらゆる事象は、空間と時間の中の一点、すなわち時空として発生する。太陽のような巨大な天体は、キャンバスに置かれたボーリングの玉のように時空を歪ませ、「カーブ」させる。太陽の重力のへこみは、地球やその周りを回る他の惑星の動きを変える。太陽が惑星を引っ張る力は、私たちには重力の力として見える。

もうひとつは量子力学で、これは宇宙を原子のレベルなど最小のスケールで記述するものである。しかし、量子力学と一般相対性理論は現在別々の理論であり、物理学者はこの2つをうまく組み合わせて「量子重力」という1つの理論にまとめ、ブラックホールの中の素粒子の振る舞いなど重要な現象を適切に表現しようと努力している。

1960年代に発表された「アインシュタイン＝カルタン＝サイマ＝キッブル重力理論」は、量子力学の効果を考慮した一般相対性理論である。この理論は、量子重力理論への一歩を踏み出しただけでなく、別の宇宙像の提示にもつながっている。この一般相対性理論には、スピンと呼ばれる量子力学の重要な性質が取り入れられている。原子や電子などの粒子は、氷の上でスケーターが回転しているような内部角運動量、すなわちスピンを持っている。

この時、粒子のスピンは時空と相互作用し、時空に "ねじれ "という性質を与える。時空を2次元のキャンバスではなく、柔軟な1次元の棒として想像してみると、ねじれが理解できる。棒を曲げることは時空の湾曲に、棒を捻ることは時空の捻転に対応する。棒が細いと、曲げることはできても、ねじれたかどうかがわかりにくい。

時空のねじれは、初期宇宙やブラックホールにおいてのみ、顕著に現れると考えられる。このような極限環境では、時空のねじれは、時空の曲率から生じる重力に対抗する反発力として現れるだろう。一般相対性理論の標準版では、非常に重い星はブラックホールに崩壊してしまうが、このブラックホールからは、光さえも逃げることができない。

ここで、宇宙の始まりの瞬間にねじれがどのように起こるかを考えてみよう。最初は、曲がった空間がもたらす重力がねじりの反発力に打ち勝ち、物質を小さな空間に押し込んでいく。しかし、やがてねじれが非常に強くなり、物質が無限大の密度に圧縮されなくなり、密度は非常に大きいが有限である状態になる。エネルギーは質量に変換されるため、この超高密度状態での非常に大きな重力エネルギーは、粒子の激しい生成を引き起こし、ブラックホール内部の質量を大きく増加させることになる。

スピンを持つ粒子の数が増えれば増えるほど、時空のねじれが大きくなる。このねじれによって崩壊が止まり、圧縮されたビーチボールが外側に弾けるような「ビッグバウンス」が起こるのです。このようなビッグバウンドの後の急激な反動が、私たちの宇宙膨張につながっているのかもしれません。この反動の結果は、宇宙の形、形状、質量分布の観測結果と一致します。

さらに、このねじれのメカニズムは、すべてのブラックホールが内部に新しい赤ん坊の宇宙を生み出すという、驚くべきシナリオを示唆している。もしそれが本当なら、私たちの宇宙の最初の物質は、どこか他の場所から来たことになります。つまり、私たちの宇宙は、別の宇宙に存在するブラックホールの内部である可能性があるのです。私たちが宇宙のブラックホール内部を見ることができないように、親宇宙にいる観測者は、私たちの宇宙で起こっていることを見ることができないかもしれません。

「事象の地平線」と呼ばれるブラックホールの境界を通過する物質の運動は、一方向にしか起こらないため、私たちが前進していると認識する時間の方向が与えられます。そのため、私たちの宇宙の時間の矢印は、親宇宙からねじれによって受け継がれているのです。

また、宇宙の物質と反物質のバランスが悪いことも、ねじれによって説明できるかもしれない。ねじれによって、物質は身近な電子やクォークに分解され、反物質は宇宙の物質の大部分を占めるとされる「暗黒物質」という不可視の物質に分解されるのだ。

最後に、ねじれは「ダークエネルギー」の源である可能性があります。ダークエネルギーとは、宇宙の膨張速度を増加させ、空間に浸透している謎のエネルギーのことです。ねじれのある幾何学は、自然に「宇宙定数」を生み出しますが、これは一種の付加的な外向きの力で、ダークエネルギーを説明する最も簡単な方法です。このように、宇宙の加速度的な膨張は、ねじれを証明する最も強力な証拠となるかもしれません。

したがって、「ねじれ」は、すべてのブラックホールの内部が新しい宇宙となるシナリオの理論的な基礎を提供する。また、現在の重力理論や宇宙論が抱えるいくつかの大きな問題の解決策にもなりそうだ。物理学者は、アインシュタイン-カルタン-サイマ-キッブル理論を量子力学と完全に結びつけて、量子重力理論を構築する必要がまだある。いくつかの大きな疑問が解決される一方で、それ自体新たな疑問も生じている。例えば、私たちの宇宙が存在する親宇宙やブラックホールについて、私たちは何を知っているのでしょうか？親宇宙は何層あるのだろう？私たちの宇宙がブラックホールに住んでいることをどうやって証明できるのか？

すべての星、ひいてはブラックホールは回転しているので、私たちの宇宙は親ブラックホールの回転軸を「好ましい方向」として受け継いでいるはずです。最近、15,000個以上の銀河の調査から、宇宙の片側では渦巻銀河が時計回りに回転する「左巻き」が多く、反対側では反時計回りに回転する「右巻き」が多いという証拠がいくつか報告されています。いずれにせよ、時空の幾何学にねじれを含めることは、宇宙論の成功に向けた正しいステップであると私は考えています。

著者についてニコデム・ポプラウスキーは、コネチカット州のニューヘブン大学の理論物理学者である。

DeepL翻訳

ブラックホールから「プランク星」が生まれるかもしれない？

2014年2月12日

ブラックホールから「プランク星」が生まれるかもしれない？

https://www.seeker.com/could-black-holes-give-birth-to-planck-stars-1768298620.html

ブラックホールの特異点が時空の中で無限に密な点でないとしたらどうだろうか？


ブラックホールは厄介な天体である。宇宙がどのように機能しているかについての我々の日常的な理解を覆すだけでなく、最も複雑な数学的モデルさえも混乱させるのだ。科学者たちは、ブラックホールを「重力の巨人」と表現し、時空を大きく歪め、「事象の地平線」と呼ばれる周囲の境界線から光さえも抜け出せなくなると説明している。しかし、その内部はどうなっているのだろうか？事象の地平線を越えれば、日常の物理学は通用しないのだ。


分析：ブラックホールは存在しない？むしろグレイホールに近いとホーキング博士が語る


恐ろしく不満足な説明は、ここ数カ月、深刻な物理学の対立が公の場に入り、打ちのめされている。ブラックホールの事象の地平線の内側で何が起こっているかは、実際に理論的な火種となっている。そして今、2人の理論物理学者が、量子力学と重力を結びつけ、厄介な "ファイアーウォール "を消滅させ、"情報のパラドックス "に対する解決法を見出すかもしれない新しい考えを提唱したのだ。


燃焼するブラックホールの簡単な歴史


1月、イギリスの物理学のスーパースター、スティーブン・ホーキング博士が "ブラックホールは存在しない "と断言する短い論文を発表した。もちろん、ホーキング博士はブラックホールが存在しないとは言っておらず、ブラックホールの事象の地平線の物理学に少し手を加える必要があると言っていたのだ。

この問題の根源は、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のジョセフ・ポルチンスキーらのチームが2012年に発表した研究論文にある。ブラックホールが情報を破壊するかどうかという難問に取り組んだところ、ブラックホールが本当に情報を破壊せず（ホーキング博士自身が消極的に主張している立場）、蒸発するブラックホールからホーキング放射によって情報が脱出できるとすれば、事象の地平線のすぐ内側には、"ファイアーウォール "という猛火の地獄があるはずだということがわかったのである。

そして、ここにパラドックスがある。ブラックホールを一般相対性理論で支配される天体として捉えた場合、不幸な宇宙飛行士が事象の地平線の向こうに引きずり込まれたとしても、何の異常も感じない（「ノードラマ」）はずである。しかし、ブラックホールを量子力学の支配する天体としてとらえ、情報を保存しているとすると、その宇宙飛行士はポルチンスキーのファイアウォールによってすぐに焼却されてしまう（「ドラマなし」の対極にあるもの）。この2つの理論は、一般相対性理論と量子力学の相性の悪さに対する我々の不安の表れであり、ブラックホールはその戦いの最前線になっているのだ。


分析：ホーキング博士。偉大な科学者、悪いギャンブラー

ホーキング博士は、先月、可能性のある解決策を発表しました（未発表）。ブラックホールの事象の地平面は、理論物理学者が考えているような明確な境界ではないのではないか、というのです。おそらく、事象の地平線は「見かけの地平線」に置き換えられ、事象の地平線の内側にある情報のカオス的な混乱がもたらす結果なのだろう。しかし、「arXiv」のプレプリントサービスに投稿された新しい論文（未発表）の中で、2人の理論物理学者が別のアイデアを提示しています。

特異点ではない

ブラックホールは、「特異点」と「事象の地平線」という2つの重要な要素で構成されているというのが、従来の考え方でした。それ以外のものは、単なる細部に過ぎない。事象の地平線とは、特異点からの距離で、重力が非常に強く、光さえも抜け出せない距離のことです。特異点は、ブラックホールのすべての物質が集中する無限に密な点である。しかし、特異点では、重力が生み出す内向きの力に対抗できるような量子構造は存在しないと仮定する。

ここで問題が発覚しましたか？そう、ブラックホールは、再び量子力学と重力の戦いの場となったのです。

フランスのトゥーロン大学のカルロ・ロヴェッリ教授とオランダのラドバウド大学のフランチェスカ・ビドット教授は、特異点の概念を捨て、極限状態の「星」であるプランク星に置き換えることによって、「ファイアーウォール問題」を解決する可能性を発見しました。

ロヴェッリ氏とヴィドット氏は、この問題を別の観点から検討した。彼らは、崩壊する宇宙、すなわちビッグバンとは逆の「ビッグクランチ」のモデルを研究しているうちに、宇宙の基本的な量子構造が、無限に密度が高い特異点の形成を妨げていることを発見したのです。そのため、宇宙の崩壊は基本的な密度に達し、崩壊の反動、すなわち "バウンド "を引き起こします。このバウンスが、宇宙膨張、宇宙収縮、そして最終的にはビッグクランチを引き起こし、また同じプロセスが繰り返されるという循環型宇宙を生み出す可能性があるのです。

解析：ビッグバンを生き延びたブラックホールもあるのか？

同じようなモデルでブラックホールを表現できるとしたら、どうでしょう？


プランク・スター・ライジング

大質量の星が超新星爆発を起こし、その跡にブラックホールができたとしたら、ブラックホールを形成した超高密度の物質が、実は「特異点」を形成していなかったとしたらどうでしょう。確かに物質は想像を絶するほど高密度だが、ブラックホールの中核にある物体はまだ構造を持っている。RovelliとVidottoは、重力の内側に向かう力は、プランク密度の量子構造によって打ち消されると主張している。

量子粒子の大きさをはるかに超える大きさにまで拡大すると、プランク長という基本的なスケールに到達することが理論的に分かっている。このスケールまで物質が圧縮されると、「無限に密度が高い」特異点に消滅するのではなく、おそらくプランク密度のところで収縮が止まり、「プランク星」ができて、物体は跳ね返される（バウンドする）。プランク星から見れば、それは非常に短命の出来事で、崩壊と跳ね返りは急速に起こるでしょう。しかし、宇宙の他の場所にいる観測者（つまり私たち）にとっては、プランク星を取り巻く時空は非常に歪んでいるので、時間の拡張によってブラックホール（とそれが含むプランク星）は静的で不変のものに見えるのです。

ブラックホールがホーキング放射によって質量を失い、プランク星がリバウンドの後に膨張を続けると、ブラックホールの事象の地平面はゆっくりと収縮し、最終的にプランク星の表面まで到達することになるのです。このとき、ブラックホールがその生涯で消費したすべての情報が宇宙に放出されることになり、「情報のパラドックス」が解決されると研究者は主張しています。さらに、この情報の洪水を検出することもできるはずだ。

分析：ブラックホールファイヤーウォールによる焼却で死ねばいい

ホーキング博士の「グレイホール」論文と同様に、RovelliとVidottoの研究は現在査読を受けていないため、理論的なコミュニティから新鮮な議論を聞くことができます。しかし、謎の多い研究分野である深宇宙からのガンマ線の検出を通じて、ブラックホール事象の地平線の彼方からプランク星が出現することを結びつけることができれば、面白いことになりそうです。

DeepL翻訳