数値相対性理論を用いた宇宙研究の最前線を解説する対話である。一般相対性理論の枠組みでコンピュータシミュレーションを実行し、ブラックホール合体や初期宇宙の進化を再現する手法が紹介される。宇宙の均質性を説明するインフレーション理論やバウンス宇宙モデルが検証され、重力波観測との関連が明らかにされる。LIGOやLISAなどの検出器による観測データと数値計算の一致が、理論の妥当性を裏付けている。ダークマター探索やワープドライブのシミュレーション、特異点問題の解決といった最先端トピックまで、数値相対性理論が開く新たな研究領域が示される。
数値相対性理論で探る宇宙の起源
数値相対性理論シミュレーションを使って、宇宙がどのように始まり、どのように進化してきたのかを理解できるでしょうか。私たちは宇宙のこの段階について本当にあまり知らないのです。だからこそ、こうした数値実験が好きなんです。コンピュータを使った思考実験のようなものですから。さまざまなシナリオをテストできるんです。
ブラックホールの内部には何があるのでしょうか。ブラックホールが合体するとき、何が起こるのでしょうか。もし宇宙が本当にこのような形で始まったとしたら、現在私たちが観測している状態にまで到達するでしょうか。宇宙がなぜこれほど均質なのかを説明しようとすることが大きなパズルなんです。
ここは素晴らしい会場ですね。どこにいるのか教えてください。
私たちが今いるのは、私が働いているロンドン大学クイーンメアリー校の最も古い空間の一つであるオクタゴンです。
普段は卒業式でもない限り、ここには来ませんよね。
その通りです。ええ。普段は私はマントと変な帽子をかぶっています。そして普段は飲み物や軽食があるんですが、今日はないようですね。でも、とにかく楽しんでいただければと思います。
ええ、少なくとも今日は堅苦しいガウンはありませんね。そして卒業式について議論するつもりもありません。あなたの研究について議論します。数値相対性理論と呼ばれるものに触れる研究です。その話に入る前に、あなたは誰ですか。何をしているんですか。
私の研究は広く言えば、強い重力の領域を理解することです。重力が非常に強い領域、つまりブラックホールの近くにいるか、あるいは宇宙の始まりの近くにいる場合です。宇宙の始まりも実は非常に強い重力の領域であることが分かっています。宇宙はどのように始まったのか、ブラックホールの内部には何があるのか、ブラックホールが合体すると何が起こるのか、宇宙中から得られている重力波の観測が基礎物理学についてもっと教えてくれるのか、といった最大級の疑問に答えることです。
素晴らしいですね。私は物理学について少し背景知識があります。数値相対性理論とは何か教えてください。そういう言葉は聞いたことがないので。
一般相対性理論と数値相対性理論の基礎
分かりました。まず一般相対性理論とは何かから始めるべきでしょうね。一般相対性理論は重力についての私たちの最良の理論です。通常、私たちは重力を力として考えます。ペンを落とせば床に落ちます。もし私がそれをモデル化しようとしたら、力について考え、ペンの運動について考えるでしょう。
しかし一般相対性理論に移ると、重力がどのように働くかについて全く異なるパラダイムを持つことになります。今度はペンが床に落ちるのは、地球の存在によってペンが動いている時空が何らかの形で曲げられているからだと考えます。
私たちが数値相対性理論シミュレーションで模擬しているのは、この時空の曲率です。地球のような物体によって時空がどのように伸びたり縮んだりするか、そしてそれがその周りの物体の運動にどのように影響するかです。
数値相対性理論の始まりまで巻き戻しましょう。1950年代に数値相対性理論を考え出したのは誰ですか。コンピュータでこれらの問題をどのように解くかという数学的枠組みが書き下されました。その枠組みは、私が持っている時空の絵を、時間とともに変化する空間にどのように分割すべきかということです。
私たちが宇宙を体験するように、私たちは今ある空間にいて、それが時間とともに変化します。これがシミュレーションのやり方です。ある初期シナリオから始めて、それを時間とともに進化させます。
最初にアインシュタイン方程式を使ってそれをどうやるかを考え出すのは、かなり簡単でした。しかし実際にそれを実装することは非常に難しいことが分かりました。特異点、つまりブラックホールの中心のように理論が破綻する領域がよくあります。
コンピュータは特異点を好みません。すべてが無限大になってしまい、対処できないからです。安定した進化をどうやって得るか、コンピュータに安定した方法で時空を進ませるにはどうすればよいか、という問題を解決するのに何年もかかりました。実際にそれをどうやるかを人々が理解できたのは、過去20年ほどのことです。
私の理解では、核心的なメカニズムと核心的な哲学においては非常にシンプルだということですね。初期条件があって、アインシュタインの場の方程式を入力して、コンピュータに大変な作業をさせるだけです。これらの初期条件が時間とともにゆっくりと進化していくスナップショットを見るだけです。コンピュータシミュレーションのようなもので、宇宙で再生ボタンを押すだけです。
まさにその通りです。
そしてそれは計算的にも非常に高価なもののように聞こえますね。特にシミュレートしているのが宇宙なら。それが最近になってようやく多くの注目を集めるようになった理由の一つですか。
そうですね、今はるかに多くの計算リソースがあることは確実に助けになっています。実際にAIによって主に駆動されている異なるハードウェアが登場しています。それも別のホットトピックです。
しかし実際にはAIのために開発されたものの多くを活用して、シミュレーションをより速く実行しています。実際にAIを使って方程式を解いているわけではありませんが、それを試みる提案はいくつかあります。AIのために開発されたハードウェアを使って、従来の数値相対性理論シミュレーションを実行しているだけです。
基本的には再生ボタンを押して、本当に細かい時間間隔で見られるシミュレーションが欲しいということですね。
まさにその通りです。ええ。膨大な量のデータです。ブラックホールを追跡することを考えると、各時間の空間の各イメージで非常に高い解像度が必要です。
シミュレーションを時間的に進化させるために、それらすべてのポイント、すべての解像度を更新できるようにしたいのです。本当にゲームをプレイするようなものです。ゲームをするようなものです。できるだけ速く更新して、できるだけ早くシミュレーションを進めたいのです。
あなたは特に厄介なシナリオ、宇宙の最も初期の瞬間のような時空の曲率が関わる場合を専門としています。それについてもう少し教えていただけますか。科学者たちは最も初期の瞬間に何が起こったと考えていますか。
初期宇宙の曲率と均質性の謎
この曲率の問題ですが、私は惑星の周りについて話してきました。しかし実際には宇宙全体のスケールでは、宇宙は実際に曲がっています。私はいつも宇宙は時間方向に曲がっていると言います。
そして私たちはこれを物体が時間とともに離れていくものとして認識します。宇宙の歴史を巻き戻すことを想像すると、時間とともにこれらの物体はお互いに近づいていきます。宇宙はより密になり、実際に時間を遡るにつれて曲率はどんどん強くなります。
非常に強い曲率を持つこれらの領域は、まさに数値相対性理論を本当に使う必要があるタイプの場所です。ペンと紙による解析的計算が破綻し、コンピュータに答えを教えてもらうしかない場所です。
少し巻き戻しましょう。これは視聴者の一部にはビッグバンとして聞き覚えがあるかもしれません。それは時代遅れの概念ですか。研究者たちは今でもビッグバンという言葉を使って、宇宙が最初に始まったと考えられる無限の密度のこの点を説明していますか。
そうですね。ビッグバンの使用は実際に本当に興味深いです。人々が宇宙の歴史のどの時点をビッグバンと特定するかは、話す相手によって本当に異なります。あなたの言う通りだと思います。最初、人々はいつも始まりとして頭に浮かべています。宇宙はどこから来たのか。そしてそれが爆発であるという考えは間違った種類の心象です。
私が言ったように、物事はお互いに向かって移動するだけですが、何らかの爆発によって投げ出されたわけではありません。実際には、この曲がった時空を移動していて、徐々に離れていくのです。
ですから、私が言ったように、宇宙の初期状態が何であったかは分かりません。今では人々はしばしばこのビッグバンという言葉を、私たちが本当によく理解している宇宙の段階の始まりである、いわゆる高温ビッグバンを指すのに使います。
宇宙が高温になり、すべての種類の高密度の物質があり、その後星が形成されたりしたとき。つまり本当に初期宇宙におけるこの種の高温高密度の段階として考えられていて、その前に何があったかはある意味で少し、ここに竜ありというところです。
少なくとも高温ビッグバンについては、何が起こったかについてかなりしっかりした理解があるように聞こえます。それでは研究者たちはまだ何に好奇心を持っているのでしょうか。ビッグバンやその直後に起こったことについて、私たちがまだ手がかりをつかめていない謎のようなものはありますか。
私たちがまだ本当に解明しようとしている本当の問題は、なぜ宇宙は私たちが見るあらゆる方向でこれほど似ているのかという問題です。
この方向には惑星があります。この方向には別の星があります。銀河はランダムに分布しています。しかし本当にズームアウトすると、本当に本当にズームアウトすると、宇宙はすべての方向で非常に似ているように見えます。非常に均質です。私たちは均質で等方的という言葉を使います。
すべての方向で同じです。そしてこの絵を使って宇宙を巻き戻すと、一般相対性理論の重力の絵を使って、宇宙の異なる部分がお互いに通信するのに十分な時間がなかったことが分かります。だから本当にこの部分は、こちらのこの部分とは全く異なって見える可能性があります。それらは接触して情報を交換し、熱平衡に達する時間がなかったのです。
つまり、なぜそれらが同じになるのかを説明するような状態、平衡に達した状態に到達する時間がなかったのです。ですから、宇宙がなぜこれほど均質なのかを説明しようとすることが大きなパズルなのです。そしてこれがどのように起こったかを説明しようとする良い理論があります。
私が特に取り組んできた一つはインフレーションと呼ばれています。非常に大まかな考えは、非常に乱雑なものから始まって、それが非常に速く膨張するということです。ここからインフレーションという言葉が来ます。するとそれが滑らかになります。もともと非常に小さなパッチだったものが、今では非常に大きなパッチになります。
そしてもともとはすべてがこの熱平衡状態に入る時間がありました。しかし後の時代には、それが宇宙全体に広がったのです。
なるほど。熱平衡を理解しているか確認させてください。私が頭の中で描いているのは、黒いコーヒーにミルクを注ぐようなものです。最初は二つの本当に異なる混合物ですが、時間が経つにつれて、コーヒーカップ全体にベージュがかったミルキーブラウンのようなものが得られます。
それは本当に良い類推です。ええ、まさに。異なる部分が非常に異なるものから始まりますが、時間が経つにつれて混ざり合い、私たちの宇宙のように均質になります。
なるほど。問題は、私たちの宇宙はほとんど混ざりすぎていて、宇宙全体でもっと塊状のものが見えるはずだということですね。
ちょうどミルクを注いだばかりなのに、もうどこでもベージュになっているようなものです。ミルクがコーヒーと混ざる時間がないのです。
分かりました。なるほど。では次にインフレーションに入ります。高校に通っていたとき、インフレーションはただ起こったという事実として教えられたような気がします。
インフレーション理論の起源と仕組み
インフレーションの起源はどこから来たのですか。そしてインフレーションの問題は何ですか。実際にはインフレーションは素晴らしいアイデアで、私たちが持っている多くの観測を予測するのに非常に成功しています。均質性だけではありません。私たちが見る宇宙マイクロ波背景放射の観測を説明しています。
私たちの宇宙は均質ですが、その中にいくつかの揺らぎもあります。
小さな塊ですね。
小さな塊、過密度と過疎密度の小さな塊です。そしてこれらはインフレーションによって非常にうまく予測されています。ですからええ、インフレーションは多くの現れを経て、人々はそれがどのように機能するかについて異なるモデル、異なる方法を提案してきました。そして徐々に観測を使って、それらのモデルを私たちが持っている観測と一致するものに絞り込むことができました。
古典的な質問だと思いますが、実際にインフレーションを推進していた力は何だったのでしょうか。そしてそれは時間とともに一定のままでしたか。つまり、私たちは今でもこの非常に急速なインフレーションを経験しているのでしょうか。
インフレーションについて持っている絵、頭に入れておかなければならない絵は、私が言ったように、物質が時空を曲げるということです。宇宙を非常に速く膨張させる曲率。非常に速く膨張させるには、特定の方法で曲げる特別なタイプの物質が必要です。
そしてこの特別なタイプの物質、私たちがインフレートン場と呼ぶものは、インフレーションだからこの素敵な名前があります。このインフレートン場が時空の曲率をこの加速膨張に駆動する特定の特性を持っているという考えです。
それは一種の空間に存在します。私たちが住んでいる空間ではありません。私たちは空間に住んでいますが、インフレートンは優先される値を持つ別の種類の空間に存在します。つまり、私たちがランドスケープと呼ぶランドスケープの一種に存在し、そのランドスケープの最小値にいたいのです。
そのランドスケープで丘の上から始まると、時間とともに転がり落ちて、最終的に何らかの最小値に到達する傾向があります。
そしてこの別のランドスケープで丘を転がり落ちるプロセス。それがインフレーションを生成するものです。要件は、非常にゆっくり転がり落ちる必要があり、そうすれば宇宙の加速膨張を駆動するこの物質の要件を満たすということです。
インフレートン場は、インフレーションがオンかオフかを決定する種類のものだと言えます。
つまり、この場のようなものがあります。たくさんの丘があります。そして通常、場は丘の底にいたいのです。それが存在するための最も安定した状態です。しかし、丘の本当に最も低い部分にいないとき、それがインフレーションがオンになるときです。
それが物理学者がなぜインフレーションが最初に起こったのか、そしてなぜ宇宙が膨張して臨界点に達したときに突然オフになったのかを説明するために使うものです。
その通りです。何らかの形で、初期の量子重力段階の宇宙から出てきた混乱が、インフレートンをそのランドスケープの底ではなく、丘の上に置いたという考えです。
そしてそれがエネルギーを失い、このランドスケープの底に落ちる、より自然な基底状態に移行するにつれて、そのプロセスが宇宙のこの膨張を駆動したインフレーションプロセスでした。
明確にすべきことは、この点でインフレートン場を取るとしましょう。丘は別の種類の空間にあります。空間にはありません。
だからここで丘を転がり落ちているのではありません。しかしここでインフレートンの値を取ると、それは10で、丘の頂上に置きます。ゼロまで下がりたいのです。時間が経つにつれて、ここでのインフレートン場の値は、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0になります。
そしてそれがこのポテンシャルランドスケープでこの丘を転がり落ちるようなものです。
ええ。そしてそれが変換されるのは、インフレーションの開始、継続、そして停止です。
まさにその通りです。ええ。数値相対性理論に戻しましょう。では、数値相対性理論でインフレーションをテストしましたか。それは宇宙の正しい理論ですか。
インフレーション理論の検証と課題
インフレーションについてのシミュレーションで私たちが尋ねようとしている質問は、それが始まることができるかということです。インフレーションは始まれば非常に成功します。
一度始まれば、進行して、私たちが観測する通りの宇宙を与えてくれます。しかしインフレーションの要点は、非常に乱雑なものを取って、非常に滑らかなものを与えることになっているということです。だから私たちは、この非常に乱雑な状態から始まって、制御された方法でこの膨張に移行することを知らなければなりません。
私たちがやっていたシミュレーションでの私たちの質問は、その移行が起こり得るかということです。そしてその質問に答えることは実際には非常に難しいです。なぜなら、時空の大きな摂動、非常に強い曲率を伴うからです。非常に複雑な問題です。
そして再び、問題を解決しようとするために、計算リソースに訴える必要がありました。
分かりました。でも十分にもったいぶりました。数値相対性理論が宇宙のこれらの最も初期の瞬間について私たちに何を教えてくれたのか、ただ聞きたいです。何らかの形で期待を裏切りましたか。そしてインフレーションやインフレーションの代替モデルについて判決を下しましたか。
私が判決を下したとは決して言いません。私たちがやっているのは、特定の異なるシナリオをテストして、どれが成功するか、しないかを見ることです。
問題は、テストした個々のシナリオからどれだけ一般化できるかということです。そしてこれらは非常に高価な計算なので、すべてをやることはできません。特定のケースしかできません。
私たちが見つけた興味深いことの一つは、観測によってまだ除外されていないモデルのいくつかが、何らかの形で宇宙を滑らかにするというこの全体的なパラダイムと矛盾しているということです。つまり、宇宙が非常に滑らかに始まる場合にのみ機能するということです。しかし宇宙が非常に滑らかに始まるなら、それを滑らかにするためにインフレーションは必要ありません。
私たちが欲しいのは、すべてが非常に不均質な大きな乱雑な初期条件に対して非常に堅牢で、今見ているものへの移行を助けるものです。これはインフレーションが解決することになっていた種類の問題です。もしそれをしないなら、ある意味では除外したわけではありません。なぜなら宇宙の初期状態が何であったかを知らないからです。おそらくかなり滑らかで、それでもインフレーションが起こったのかもしれませんが、それはただ何らかの形でそれらの場合に物語が矛盾するようになるということです。
そうは言っても、観測によって除外されていないモデルで、大きな初期摂動に対して堅牢であることが分かったものもまだあります。だからある意味では、それらのモデルが好きなら、大丈夫です。
まだ候補です。
まだ候補です。
これが私たちに教えてくれるのは一貫性についてだと思います。より正確な観測を持ち、それらと一貫性のあるモデルをどんどん絞り込んでいくと、それらはこの物語と一貫性のあるものですか、それとも実際にこの物語と一貫性のないものに絞り込まれるのでしょうか。そしてそれは、この絵をどのように組み合わせるか、宇宙の初期状態がどのように生まれたかについての手がかりを与えてくれるかもしれません。
バウンス宇宙という代替理論
それをすべて要約すると、あなたが研究しようとしているのは、宇宙の始まりを特に塊の多いコーヒーカップと考えて、基本的にこれらすべての異なるモデルと理論をテストして、今日見ているベージュの種類の本当に本当に均質な宇宙を生成できるかどうかを見たいということですね。
私たちの現在のインフレーション理論はこれまでのところそれに非常にうまく機能しているようです。しかしそれにも耐えた他の理論があるようです。では他にどんな理論がありますか。バウンス宇宙について聞いたことがあります。それは何ですか。
ええ、そうです。これは私も本当に本当に素晴らしいと思う代替モデルです。
実際には宇宙を滑らかにするのは膨張ではなく、実際には収縮だという考えです。これは少し直感に反すると思いますが、数学的に、そしてこの種のシミュレーションによって示すことができます。実際に非常にゆっくりとした収縮を経るなら。膨張の場合は急速でなければなりませんが、収縮の場合は非常にゆっくりでなければなりません。そうすれば実際に宇宙のこれらすべての凸凹を滑らかにします。
その収縮期間が宇宙を滑らかにするものです。問題は、今は収縮していないということです。宇宙は今膨張しています。だからそれは私たちがこの収縮期間から宇宙を転換して、今私たちがいる膨張段階に出てこなければならなかったことを教えてくれます。
そしてこれが人々がバウンスと呼んだ段階です。入って、そして再び跳ね返って出てくるからです。
このバウンスは一般相対性理論で達成するのが複雑です。なぜならエネルギー条件と呼ばれるものを破る必要があるからです。だから通常、宇宙のこの曲率の変化、この収縮から膨張段階への変化をサポートするために、ある種のエキゾチックな物質が必要です。
それが起こらなかったと言っているわけではありません。なぜならこれらのエネルギー条件はある意味で、いくつかのシナリオで破られ得ることが分かっている条件だからです。だから絶対的な物理法則ではありません。それでも、バウンスを作るこれらのモデルを見つけることは通常困難です。
ええ。バウンス理論が機能するには新しいエキゾチックな形態の物質が必要だと言いましたね。これらのエキゾチックな形態の物質とは何ですか。
大まかに言えば、負のエネルギー密度を持つ何かが必要です。負のエネルギー密度は非常に奇妙です。私たちが知っているすべてのもの、私たちの周りにあるすべてのものは正のエネルギーを持っています。すべての質量。
非常に少量の負のエネルギーを生成できるいくつかの量子実験がありますが、非常に大きなスケールで、特に何らかの形で宇宙全体を負のエネルギーで満たすことは、非常に珍しいことです。その理由で、人々はこの種のバウンスが起こり得るかどうかについて非常に懐疑的になり得ます。
ええ、物理学者はオッカムの剃刀を好む傾向があります。つまり、全く新しい形態の物質を作る必要があるなら、忘れてくださいということです。
そうですね。この種の負のエネルギー物質が何らかの形で不安定で、何らかの形で物理学を壊すだろうと考える理由もあります。だからこの種のエキゾチックな物質は実際にワームホールやワープドライブのようなものにたくさん出てきます。
そしてこの種の時空はしばしば因果律のようなものを破ります。そして因果律、イベントのある種の秩序だった歴史があるということは、物理学の最も基本的な原理の一つです。
だから負のエネルギー密度が生成されることで、その種の原理が危険にさらされることになります。
このバウンス宇宙のアイデアについて、人々が本当に好きなことの一つは、それが宇宙にほとんど周期的な性質を示唆していることです。収縮してから再び出て、収縮します。それはバウンス宇宙の正確な絵ですか。
その通りです。ええ、それが魅力的である理由だと思います。なぜなら始まりという考えを取り除くからです。特異点に行くという考えを取り除き、収縮し、膨張し、収縮し、膨張するこの種の反復サイクルに置き換えます。
この周期的宇宙のアイデア、これは非常に魅力的だと思います。ただし、本当にただ問題を時間的に後ろに押しやっているだけだといつも言います。たくさんのサイクルを経てきたと言っているだけですが、ある意味ではこれは永遠だったのか、それとも始まりがあったのか。ある意味では、問題を少し時間的に後ろに押しやっているだけだと思います。
それが永遠にサイクルだという存在論をサポートしたい場合を除いて。
ええ、まさに。永遠にサイクルというのは、それを信じたいならそれで構いません。ええ。
数値相対性理論による理論検証の限界
数値相対性理論を使ってテストした他の理論はありますか。どれがまだ候補で、個人的なお気に入りもありますか。
個人的なお気に入りはありません。本当にそれについて不可知論的であり続けようとしています。なぜなら私たちは本当に知らないと思うからです。そしてそれがそれについて興奮する理由です。私たちは本当に宇宙のこの段階についてあまり知りません。そして実際に宇宙のこの平滑化があれば、実際に初期宇宙から来る多くの情報が消去されます。
だからある意味では、宇宙を滑らかにするこのプロセス、それが収縮であれ膨張であれ、実際に宇宙がどのように始まったか、宇宙がどのように始まったかについての情報を失います。これは本当に残念なことです。なぜなら私たちはそれについてもっと知りたいからです。
だから私はこれらの数値実験が好きです。なぜならそれらは一種の、コンピュータで行われる思考実験のようなものだからです。さまざまなシナリオをテストできます。観測ではなく、一種の一貫性チェックで、もし宇宙がこの方法で始まったとしたら、今見ているようになるだろうか。私たちが観測するように進化し、すべての観測と一貫性があるだろうか。
バウンスやインフレーションについては、両方とも非常に素晴らしいアイデアだと思いますし、確かにそれらの物理学は本当に美しいです。インフレーションについて少し好みがあるとすれば、このバウンスを持つ必要がないからだと思います。バウンスは従来の物理学のアイデアの中で達成するのが本当に難しいことだと思いますが、不可能だとは決して言いません。なぜなら私たちは単に知らないからです。
もちろん。ええ。バウンス、インフレーション以外に、私が知らない秘密の第三のものはありますか。
秘密の第三のものがあるとは思いません。つまり、おそらく他の理論は常にあります。人々は常に独自の理論を持っています。
かつてパラダイムだったもの、競合するパラダイムがありましたが、宇宙マイクロ波背景放射の観測を得たときに除外されました。そしてこれは私たちが一種の泡を持つという考えでした。場空間のある部分からトンネルを掘ることがあります。
インフレートンはそのランドスケープをゆっくり転がり落ちません。代わりに、丘を通ってトンネルを掘ります。そして丘を通ってトンネルを掘ると、実空間ではこの種の泡を形成し、それが外側に膨張します。
そしてそれは今、私が言うように、観測によって好まれていません。しかし私たちはまだこの種のトンネル現象、しばしば相転移と呼ばれるものが、インフレーション中か、インフレーションの少し後かに起こった可能性があると考えています。
そしてそれらが何らかの形で宇宙マイクロ波背景放射のようなものに痕跡を残す可能性があります。
もちろん、魅力的な質問は、数値相対性理論がいつか理解するのを助けることができる、高温ビッグバンの前でさえ何かがあるのかということです。
考えは、この高温ビッグバンの前に、このインフレーション期間があったということです。それが標準的なパラダイムです。インフレーションが物事を滑らかにして、それからこの高温期間、高温ビッグバンがあり、それから宇宙の進化があります。そしてそれは確かに最も好まれるパラダイムですが、ある意味ではまだ証明されていません。少なくともインフレーションを引き起こすモデルの詳細は、特定のものとして示されていません。
ある意味では、それも問題を時間的に後ろに押しやります。このインフレーション期間があって、それからこのインフレーション期間の前に何が来たのかを尋ねることができます。ある時点で、おそらくそこに特異点を置く必要があります。宇宙がある非常に小さく密な状態で始まったところに何かを置く必要があります。そしてまたその前に何が来たのかという質問ができます。
ある意味では、本当に人々は始まりは時間の始まりだったという考えを持っています。だから宇宙の始まりの前に何が来たのかを尋ねることは、少し北極の北には何があるのかを尋ねるようなものだといつも言います。
北極まで北に行って、それからさらに北に行きたいですが、ある意味では地球の表面から離れなければなりません。別の次元に入らなければなりません。だからそれが答えかもしれません。余剰次元、時間が私たちが宇宙で経験するのと同じ現象ではない場所。
しかしそれはすべて非常に推測的です。そしてある意味では、このインフレーション期間がその特異点やその、より高次元の空間や何であれ、それらすべての情報を洗い流します。すべての情報は、凸凹を滑らかにして非常に均質に見えるものを与えるこの加速膨張期間によって洗い流されます。
コーヒーカップについて言っていたように、もともとどこにミルクを注いだのか。一度混ざってしまえば、分かりませんよね。もとの状態についてのすべての情報を失ってしまいます。なぜなら非常に均質になってしまったからです。
真実の答えは、ある意味では分からないということです。
私たちが知ることができるかという質問は、ある意味ではほとんど哲学的だと思います。何が一貫性があり、何が一貫性がないかを理解するために、まだたくさんのことができると思います。そしてそれが私たちを正しい種類の理論、例えば量子重力に導くかもしれません。
そして100年後には、時間と空間の始まりの前に何が来たのかというこの質問は、単なる形而上学ではなく、立つべき地盤があるでしょう。
それは素晴らしいでしょう。ええ、ある意味では、もっと具体的にする必要があると思いますが、それをどうやってやるかについての提案はありません。
あなたはまだ北極にいます。ただただまだ北にいます。
北極にとどまりましょう。
これ以上北はありません。
重力波観測と数値相対性理論
少し異なる道を歩みましょう。数値相対性理論はもちろん時空の曲率をモデル化し、それをこの織物のように見ています。
そして人々はこの考えを、比較的最近の重力波の発見で以前に遭遇したかもしれません。そしてそれは実際に数値相対性理論の試験場の一つでした。では、数値相対性理論と重力波の関係を教えてください。
それは非常に親密な関係です。なぜなら実際にこれはシミュレーションを機能させようとする原動力の一つだったからです。最初にシミュレーションをセットアップして安定させることが本当に難しかったという話をしました。そしてその時、LIGOやVirgo、Kagraのような検出器から観測データが得られることを知っていました。
だから準備したかったのです。重力波がどのように見えるかを示すデータが欲しかったのです。そして信号の初期部分では、いくつかの解析的計算を使ってそれらを生成できましたが、信号の部分に関連する部分、まず重力波は非常にコンパクトな物体が合体することによってしばしば生成されると言うべきです。
実際には宇宙での任意の種類の激しい重力イベントによって生成されます。しかし私たちが見る一般的なものは、お互いの周りを螺旋状に回り、最終的に合体してより大きなブラックホールを形成する二つのブラックホールです。
お互いの周りを回っていて、非常に離れているときのインスパイラルのプロセス。それはある程度ペンと紙の計算、少なくとも解析的計算を使ってできます。しかし近づくと、この合体に近づくと、再びコンピュータが必要です。数値相対性理論が必要です。
そして私たちはこれが事実であることを知っていました。だからコミュニティ全体がLIGO検出器がこれらの重力波を検出する時間に間に合うように、シミュレーションを機能させようと取り組んでいました。
そして彼らが実際にそれをやったことは素晴らしい成果でした。実際に重力波を検出する前に、これらの信号の一つがどのように見えるかをモデル化できるこのブレークスルーがありました。
そして素晴らしいことの一つは、検出器が重力波が見られた実行のためにオンにされたとき、それは本当に良いマッチでした。信号が出てきて、シミュレーションから出てきたものと本当に似ていました。ある意味では、これはシミュレーションが機能したかどうかの究極のテストです。
それは空から見る現実と本当にマッチします。
数値相対性理論を機能させる問題を解決するための初期の努力には関わっていなかったと言わなければなりません。重力波が最初に発見されたときに実際に博士号を取得していました。
ちょっとだけ遅れていました。
ちょっとだけ遅れていました。実際には素晴らしい時期でした。なぜなら、適切な場所に適切な時期にいたからです。なぜなら数値相対性理論の分野がその後爆発したからです。検出器から今得ているすべてのデータを解釈するために非常に不可欠になったからです。
博士号を始めたとき、これらのシミュレーションを実行していて、ほとんど楽しいプロジェクトのようでした。わずか数年後に、空から見ている本物のものと実際にマッチできるとは気づいていませんでした。本当に興奮しました。
私の理解では、大きな問題があったようなものです。この数値相対性理論の仕事は、実際に超超大質量の物体がお互いの周りを回り、お互いに合体することによって引き起こされる時空の波紋のようなものをモデル化することでした。
そして、これらの信号を正確に予測し、それらの形状を伝えることができることの検証ができたとき、それは今、私たちが本当に何から来ているのか分からない他の信号を解釈するために使われていますか。
これまでのところ、私たちが見てきたほとんどの信号は、ブラックホールや中性子星のような大質量物体がインスパイラルして合体することと一致しています。
私たちが期待していなかった何かを見ることができたら素晴らしいでしょう。つまり、いくつかのイベントは奇妙でした。私たちが期待していた種類の特性を持っていないものもありました。ですから、最初のイベントでさえ、私たちはこれほど大きなブラックホールを見ることを期待していませんでした。私たちが期待していたものは、太陽と同じ質量のようなもので、実際に見るものは太陽の質量の数十倍です。
だから、なぜこれらのはるかに大きなブラックホールを見ることができるのかを調べるために本当に戻らなければなりませんでした。だから重力波信号から多くの予想外の発見がありましたが、私が未知のエキゾチックなイベントのようなものと言うようなものは本当に見ていません。それが私の夢だと思います。
ええ。
ええ。そしてあなたはコンピュータで準備ができているでしょう。
私が言うように準備ができているでしょう。ある意味では、私たちはこのケースに備えています。ここクイーンメアリーで私たちが取り組んでいることの一つは、一般相対性理論の修正をモデル化することです。
私たちは一般相対性理論が素晴らしい理論であり、私たちが持っているすべての観測に非常によく合うと信じていますが、ほとんどの物理理論と同様に、より高いエネルギーでそれに対する修正があるかもしれないと信じています。
異なるエネルギースケールに行くと、新しい効果が見えます。だから私たちが数値シミュレーションでモデル化しようとしていることの一つは、それらの効果が信号にどのように現れるかということです。そしてそれらは非常に微妙かもしれません。
だから信号がある時点で突然おかしくなるということではなく、一般相対性理論で得られるものと比較して非常に微妙なシフトがあるだけです。だからそれは爆発ではありません。新しい物理学のヒントのささやきだけです。
そしてええ、それが私たちが非常に焦点を当てていることです。これらの信号を使って一般相対性理論をテストできるか、実際に一般相対性理論がこれらのスケールでまだ最良の理論であるかどうかをテストできるか。
一般相対性理論の検証と今後の展望
人々は一般相対性理論が世界で最もテストされ、最も成功した理論の一つだと言います。では、それがより高いエネルギースケールで変化するかどうかを疑問に思うようにあなたのような科学者を動機づける実際の観測は何ですか。
ほとんどの物理理論は、より高いエネルギースケールで新しい効果を経験します。これは標準模型の素粒子物理学で当てはまります。より高いエネルギースケールに行くと、新しい粒子、新しい場が役割を果たすのを見ることができます。
だから一般相対性理論で同じことが当てはまるなら、ブラックホールや中性子星のこれらの新しい観測は、私たちが以前に探査したことのない領域を本当に探査しています。それらは本当に最高密度、時空の最高曲率、ブラックホールのような物体の地平線に近づけるだけです。
私たちが以前に探査したことのない方法で。ある意味では、そこで一般相対性理論からの逸脱を見なければならないと思っているわけではありませんが、可能です。私たちは新しい領域にいて、テストして、そこで何かが起こっているかどうかを確認したいのです。
なるほど。数値相対性理論は実際に最初これらの特異点、ブラックホール、そして私が推測するに、すべてがこの小さなピン針のようなものに凝縮された時間と空間の始まりに苦労しました。しかしあなたはそれをこれらの正確なケースシナリオを研究するために使っています。では、最初はこれらのケーススタディに苦労したのに、今では私たちが理解していないものを研究するために使われているのに、その間に何が起こったのですか。
スナップショットを撮ることについて話しました。空間のすべてのスナップショットを撮ることを想像します。私が言うように、ある時点で特異点がある場合、それにどう対処しますか。ある意味では、ちょっとごまかします。画像のその部分で非常に低い解像度を使うだけです。
特異点に本当にズームインしないので、それからかなり離れたところにとどまるので、距離を保って安定させることができます。しかしそれができる理由は、特異点のこの性質があるからです。それらは常に事象の地平線によって覆われているべきです。
これは宇宙検閲の予想であり、私たちはほとんどの一般的なケースで真実であると信じています。これらの特異点の一つがあるところでは、ある意味では宇宙が私たちをそれらを見ることから守ります。だからそれらはある種の事象の地平線に囲まれていて、人々はそこに飛び込んで、それから再び出てくることはできません。
だからある意味では、その特異点をあまりよく解像しない限り、特異点の近くの内部で起こる任意のエラーは、地平線の中に保たれます。
地平線で起こることは地平線の中にとどまります。
ええ。では本当に古典的な例は、ブラックホールを見ると、そのブラックホールの周囲が事象の地平線を定義する境界のようなものです。では、すべての方程式を実際に破る超高密度状態だったときの宇宙の始まりに対する同等の事象の地平線のようなものはありますか。
それは特に良い質問です。実際にはある意味ではノーです。実際に宇宙を巻き戻すと、最終的にこの時間的特異点に到達し、すべてがそこで崩壊し、それにどう対処するかが分かりません。
だから多くのシミュレーションが、その特異点にできるだけ近づいて、時空がそこで何をしているかを見ようとして行われてきました。
そしてこれらのシミュレーションは素晴らしいです。それらは実際にその特異点に近づくにつれて、時空の一種の混沌とした振る舞いを見ます。しかし再び、これらの数値シミュレーションは私たちを近くまで連れて行くことができますが、特異点まで連れて行くことはできません。
数値相対性理論は、これらの修正された重力モデルの文脈で言及したいと思うかもしれない、ブラックホールや他のタイプの特異点の基本的な性質について、何か新しいか興味深いものを明らかにしましたか。
私たちが見ることができる興味深いことは、これらの重力の修正が一種の一貫性があるか、機能するかということです。修正された理論で起こり得ることは、何らかの形で時空の崩壊があることです。突然理論が予測性を失い、これはこの理論が何らかの形で欠陥があるか不完全であることを教えてくれます。
だから、それを修正するために異なる成分を追加する必要があるかもしれません。一般相対性理論は非常に堅牢な理論で、私たちが見るすべてを予測し、私たちが見るすべてと一貫性があります。しかし時々、一般相対性理論を超えるこれらのモデルを見ると、驚くべきことに、それらは同じようにうまく機能しないことです。
それらは一般相対性理論が持っているのと同じように一貫性がありません。同じように安定していません。だからええ、ある意味では、新しい理論をテストできます。観測に対してさえなく、ただこう言うことで除外します。この理論は機能しないだけです。例えば星を崩壊させると、何らかの形で根本的に崩壊します。
なるほど。数値相対性理論は修正重力理論の動物園を間引くことに非常に成功しています。
もっと成功できると思います。実際にはそれほど成功していないと思います。だから問題の一つは、理論を修正するために常に何かを追加できるということです。だから本当に動物園があります。あなたが言うように、修正重力理論の本当の動物園があります。多くの人々がお気に入りのものを持っています。
ある意味では、数値相対性理論はそれらすべての異なるモデルを探査し始めたのはつい最近です。だから実際には、一般相対性理論を数値相対性理論でやることを最初に悩ませたのと同じ種類の問題を経験してきました。
安定したシミュレーションをセットアップすることについて同じ種類の問題がありました。
しかし実際に再び、ここクイーンメアリーのグループ、ポスドク研究者の一人であるアーロン・コバックが、一般相対性理論を超える多くの理論に対してこれをどうやるかを理解しました。そしてそれが再び動物園全体を開きました。
だから私たちはいつも彼に言います。ある意味では良いことでしたが、怪物を解き放ちましたよね。なぜなら今は何でもできて、今は選択的でなければならないからです。これを何に使えるか。
では、次のステップ、あなたの研究の次のステップへの良いつなぎです。オンラインになっていて、飛びつくことに興味がある面白い実験はありますか。
まだまだ終わっていません。初期宇宙の研究では、シミュレーションのかなり技術的な側面を本当に理解するためにまだ長い道のりがあります。
ある意味では、初期シナリオを選択する方法が一般的かどうかです。テストする異なるシナリオについて話しました。そして私たちはそれらのシナリオを一般化して、それらから強力な結論を引き出すことができることを本当に理解したいのです。
ええ。そしてこのビットを説明するだけです。なぜならこれは物理学者が当然のことと思うかもしれない種類のものだと思うからです。しかし彼らは基本的にどんな開始点でも差し込んで、今日見るものに到達することを本当に好みます。だから彼らは基本的に、モデルや理論が時間の始まりに宇宙が非常に非常に非常に特別な特性を持つことを要求することを好みません。
例えば、それが彼らが宇宙が本当にベージュで、本当に滑らかで、時間の始まりに本当に均質であるという考えを好まない理由です。なぜなら、それがそのようだった可能性が非常に低いと彼らは考えていないからだと言うのは公正ですか。
そうです。ある意味では、それは趣味の問題か哲学的、始まりに何が来たかについてのあなたの考えの問題です。
それは、ある種の特異点から始まり、量子重力効果が非常に強いということから来ています。そこから出てくるものが非常に滑らかであることは期待しません。滑らかなコーヒーカップのようなものであることは期待しません。なぜならそれは非常に特別な状態だからです。ある意味では非常に均質であることは特別な選択です。
だからそれは微調整を必要とし、人々は微調整を好みません。とはいえ、おそらくそれは私たちの量子重力のモデルが均質な初期条件を生成する必要があるというサインだと言うことは完全に合理的でしょう。それは問題ないでしょう。しかし私たちは本当に量子重力の理論を知りません。
だから、どうやってそれをやるかを知りません。だから私たちが知っていることを使って、まあ、任意の一般的な初期状態から始めたとしたら、凸凹で乱雑なものから、私たちが持っているモデルがその初期の乱雑な状態が何であれ、それに対処できるほど堅牢であることを望みます。
だからええ、それがたくさんの異なるシナリオをテストして、それらの初期状態から私たちの宇宙を得る効率的な方法であることを見たいという意味です。
ダークマターとブラックホールの関係
2番目のビットはブラックホールについて話していました。
ええ。ブラックホールに関しては、本当にやるべきことがたくさんあると思います。私たちは既存の検出器ネットワークの将来の実行と、次世代のものの両方から膨大な量の新しいデータに直面しています。
私が特に興奮しているのはLISAです。これは宇宙ベースの重力波検出器で、地上ベースの検出器で現在見ているものとは異なる周波数範囲を見ます。
重力波の本当に長い波長を見ます。だからこれらの重力波の長い波長は、銀河の中心にある超大質量ブラックホールのようなものから来ます。だからある意味では、これはそれらの超大質量ブラックホールが時間とともにどのように進化するかについて私たちに知らせてくれます。それらがお互いに合体する場合、時間スケールの種類は何か。それらの周波数は何か。
そしてそこには私たちの宇宙の歴史についての本当に興味深い質問がたくさんあります。
例えばジェームズウェッブ宇宙望遠鏡から見ているデータのいくつかは、私たちが思っていたよりもずっと早くブラックホールがあることを教えてくれています。そして非常に初期の宇宙でそれらを形成する一貫したシナリオを持とうとすること。
これは一種のオープンな問題です。
そしてLISA検出器は素晴らしいです。宇宙の全歴史からイベントを見るでしょう。だからそれは私たちが宇宙全体とこの全く新しい周波数範囲で持ったことのないこのウィンドウを開いています。
だから私はいつもそれを、最初に光を使って星を見始めたときと比較します。ガリレオが望遠鏡で可視光で見ていて、それから拡大して電波やX線やガンマ線で見ます。これらすべての異なる周波数の光で見て、それらで全く異なるものを見ます。
だから新しいウィンドウを開くたびに、私たちが宇宙をどのように理解するかを本当に革命化した新しい効果を見てきました。そして重力波でそれをやろうとしています。この巨大な周波数のバンドを開いて、再び宇宙全体からイベントを見ます。私たちが見ようとしているものについて本当に興奮しています。
ええ。可視光から突然宇宙マイクロ波背景放射を持つことへのジャンプのようなものです。それがそこにある潜在的なレベルです。
まさに。つまり、それが宇宙をどのように理解するかをどれほど革命化したかを考えると、それは高温ビッグバンの証拠でした。それが宇宙マイクロ波背景放射が私たちに教えてくれたことです。そして私が話していたように、インフレーションモデルについて教えてくれます。その新しい情報を持つことから非常に多くを学びます。
そして私が言うように、私たちは重力波でその道に出発したばかりです。
この本当に長い波長の新しい種類の体制は、私たちが本当に興味を持っている特定の時間期間や特定の現象を見ることを可能にしますか。
多くの異なる現象を見ます。主に銀河の中心にあるこれらの超大質量ブラックホールです。初期宇宙から来るある種の背景を見る可能性もあります。
だからそれも非常に興奮することの一つです。特定のシナリオでは、この周波数帯域に刻印される重力波のこの種の背景を生成するでしょう。
非常に多くの可能性があり、最も刺激的な可能性は実際に私たちが考えてさえいないものだと思います。信号を見て、それが何であるかを特定できないところ。
それが時間に関して私が本当に興奮していることです。宇宙でどこまで見ることができるかです。だからより遠くを見ることができるほど、検出器はより敏感です。より遠くより遠くを見ることができます。そしてより遠くを見ると、信号が私たちに到達するのに時間がかかったので、それは時間的により後ろを見ることです。
本当にビッグバンまで、初期宇宙まで遡って見ることができます。それは信じられないことです。
これはひどく刺激的に聞こえます。現在取り組んでいる研究の新しい刺激的な質問のような、私たちに見せてくれるスニークプレビューはありますか。
私たちが見る信号が一般相対性理論とどれほど一貫性があるかを理解することに焦点を当てています。
だからええ、一般相対性理論のテストです。また、ブラックホールを使ってダークマターを検出できるでしょうか。だからダークマターについてはまったく話していませんが、ダークマターは宇宙の謎の成分です。それが何らかの形でこの種のブラックホール合体に影響を与え、それが重力波信号に刻印される可能性がありますか。
初期宇宙の研究もまだやっています。
だから重力波のものに少し気を取られました。なぜならそれはタイムリーで、そこで多くのことが起こっているからです。しかし、宇宙がどのように始まったのか、コンピュータがどのように始まったのかを理解できるか、これらの数値相対性理論シミュレーションを使ってどのように進化したかというすべてのこれらの質問が本当に大好きです。
そして、私には趣味のプロジェクトがあります。ワープドライブのシミュレーションのようなことをやることを含みます。でもええ、それはただの楽しみのためです。
それはこのツールがどれほど強力かの証です。もしそれがあなたをこれらすべての異なる方向に引っ張っているなら。だから私は最初にどの方向に引っ張られたいかを決めているようなものです。
では、ダークマターについて少し話しましょう。ダークマターとは何ですか。人々はしばしばダークエネルギーとダークマターを混同します。では、ダークマターとは正確には何ですか。
そうですね。ダークマターは私たちの宇宙の成分で、まあ物質のように振る舞います。だからそれを一種の粒子として考えることができます。
新しい粒子がダークマターを構成するかもしれない一つのことです。しかしそれは私たち、つまり通常の物質でできている私たちと相互作用しない粒子です。そしてダークマターがこの部屋にあるなら、それは私たちと相互作用せずに私たちを通り抜けているだけです。だから私たちはそれを感じません。検出できません。
これが私たちがそれをダークと呼ぶ意味です。大規模スケールでは圧力がありません。だから再びそれ自体とさえ相互作用しません。自分自身を通り抜けます。
しかしそれは私たちが住んでいる銀河の巨大な成分を形成します。宇宙の非常に多くがダークマターでできているのに、私たちがそれを見ることができないのは驚くべきことです。
だからダークエネルギーは異なります。ダークエネルギーはある意味ではダークマターよりもさらに神秘的です。だからダークマターはそれほど珍しくないと思います。長い間、例えばニュートリノを検出できなかったという意味で。
だからニュートリノは通常の物質と非常に強く相互作用しない粒子です。
だからそれはニュートリノのようなものであり得ますが、ニュートリノではありません。だから私にとって、それはそれほど珍しくありません。しかしこの成分、ダークエネルギーは、実際にはインフレートンのようなものに少し似ています。すべての空間に浸透しているこれらの場の一つです。
そしてそれは、後期の今、私たちの宇宙の加速膨張を駆動しているある値を持っています。
だからそれはほとんど私たちがインフレーションのある種の非常にはるかに弱いバージョンにいるようなものです。後期の今、宇宙で、しかしそれは非常に神秘的な成分で、この役割を果たすことができるものを想像することさえ難しいです。
人々がいつも知りたいことの一つは、なぜダークマターを信じる必要があるのか、あるいはなぜその存在を呼び起こす必要があるのかです。なぜダークマターが存在すると考えるのかの歴史について話すのが役立つかもしれません。
私がいつも学んだ方法は、多くの銀河が速く回転しすぎているのを観測したからです。多くの銀河が回転する速度は、それらが含んでいると私たちが考える質量に比例します。しかし私たちがそれらが含んでいることを知っている可視質量は、それらがどれだけ速く回転しているかを説明するには小さすぎます。
だから、私たちが検出したり見たりできない何らかの欠けている質量があるか、またはあなたが言ったように、アインシュタインの一般相対性理論が何らかの形で修正されているか、これらのケースシナリオのいくつかで間違っている可能性があり、これらの銀河がなぜ本当に速く動いているのかを説明するかもしれません。
あなたは正確にどのようにダークマターを探査していますか。そしてあなたはブラックホールがダークマターを生成するかもしれないと言いましたね。
そうです。だから私たちが念頭に置いているシナリオは、ダークマターが非常に軽い、非常に軽い粒子である場合、実際に回転するブラックホールによって生成され得るということです。
だからそれは超放射と呼ばれるプロセスです。非常に素敵な名前があります。そして超放射はブラックホールの周りに非常に高密度のダークマターの雲を生成できます。だからこのプロセスが起こると、ブラックホールが合体するとき、近づくにつれてこの高密度のダークマター環境を通って移動しています。
そしてこれは数値相対性理論シミュレーションで研究できる、それらの運動に対する一種の追加の抗力を作り出すでしょう。
だからこれがそれらの運動にどのように影響するかをモデル化できます。そしてこれは順にこれらの重力波、時空のこれらの波紋がどのように生成され、どのように現れるかに影響します。
これまでに見てきた回転するブラックホールがダークマターを生成している可能性があることを示唆する早期の結果のようなものはありますか。それともまだ何も除外されていないが、ダークマターを生成している可能性があるというようなものですか。
まあ、実際に私たちはちょうど論文を発表しました。
大好きです。
その中で、これらの重力波のLIGOカタログの一つをテストしました。そしてダークマターがない一般相対性理論だけのモデルと、この種の効果を含むモデルを使ってテストしました。
そして実際にいくつかのイベントで、この種のダークマターが周りにある可能性があるというヒントを見ました。だから本当に注意したいです。
弱い情報でしたが、論文を書いているとき、分析をやっているとき、私たちは完全に何も示さないことを期待していました。これが存在するかどうかに制約を置くことができる、または存在する場合は特定のレベルよりも密度が低くなければならないと言う準備ができていました。
しかし私が言うように、私たちはモデルで、特定のイベントでこのダークマターを含むところで好まれる種類を見ました。
だからそれらのイベントの周りにダークマターがあるわけではないかもしれませんが、何か起こっていることがあるかもしれません。ダークマターのようなものがするかもしれないのと同じ方法で、重力波信号の見え方を変えている何らかの新しい物理効果があるかもしれません。
しかしそれはより長い道のりの最初の魅力的なパンくずのようなものです。
まあ、最初の魅力的なパンくずであることを願っています。それは多くの暫定的な最初の検出と同様に、何もないかもしれませんが、それは今刺激的な種類のことです。この新しいデータがあり、これらのモデルをテストでき、このモデルについて具体的な声明を出すことができます。これが存在するかしないか。そして新しい効果を見つけたとき、掘り下げて、何が起こっているのかを本当に理解できます。
この分野で働くのは刺激的な時期です。
ええ、私たちは素晴らしい時代の合流点に住んでいるように思えます。計算能力があり、データがあり、データも理解しようとする計算方法もあります。
ワープドライブと未来の研究課題
これは私を次の、これらすべての素晴らしいものがあります。何があなたをワープドライブに連れて行ったのですか。
だから、数値相対性理論でも働いているいくつかの同僚がいます。そして定義上、数値相対性理論で働く人々はすべてかなりオタクです。
平均的な物理学者と比べてどれくらいオタクですか。
ああ、そうです。まさに。ええ。平均的な物理学者よりもさらにオタクで、それは本当に何かを言っています。
例えば、ええ、私の同僚ティム・ディートリヒが私を訪ねてきました。これは私がドイツで働いていたときです。彼は「ああ、オフィスにクリンゴン語辞書がありますね」と言いました。
オフィスにクリンゴン語辞書があります。私は「ああ、ティム、プロジェクトをやるべきです」と言いました。だからええ。別の同僚、セバスチャン・カーンも。
彼もクリンゴン語辞書を持っていますか。
訪問していました。だから彼は「クリンゴン語辞書は持っていませんが、スタートレックのエンタープライズ号の全モデルか何かを持っています」と言いました。だから私たち全員が一か所に集まっていました。実際にブラックホールを使ったプロジェクトについて話していました。
だから数値相対性理論でブラックホールをモデル化することです。取り組む研究プロジェクトを探していて、それらを見つけました。しかし同時に、数値相対性理論を使ってワープドライブを研究しに行くことができるというアイデアが生まれました。
数値相対性理論で働く最も有名な人物の一人によって提案されたものとして、一般相対性理論に存在するものとしてのワープドライブのこのアイデアは、実際に当時カーディフで働いていました。だからミゲル・アルクビエレがワープドライブのメトリックを書き下しました。
スタートレックで見るものを記述する方法、船の前で時空を縮めて、船の後ろで膨張させます。これにより船は光速より速く時空を突き抜けることができます。
それを一般相対性理論のこの理論の中で実現する一種の明確に定義された方法が実際にあります。
彼もクリンゴン語辞書を持っているかどうか確認すべきです。
かなり確信しています。だから実際に私は今彼を知っています。そして彼はカーディフにいたときにスタートレックの夜を持っていて、すべての数値相対論者が集まってスタートレックを見ていたと言いました。
だから私が言うように、数値相対性理論は本当にオタクのためのものです。
興味深い。それでワープドライブをモデル化しましたが、機能しますか。エンタープライズ号を復活させるつもりですか。
私たちが尋ねていた質問は、ある意味では一種の真剣なものでした。ワープドライブがあったとしたら、まず何をするでしょうか。それは安定していますか。そして次に、重力波信号を生成できるでしょうか。そして重力波信号を生成できるなら、それらを見ることができるでしょうか。原理的に私たちが持っている検出器でそれらを見ることができるでしょうか。
そして最初の質問への答えは、それは非常に不安定だということです。だからワープドライブは船に崩壊して引き裂く傾向があります。だから残念ながら船の人々にとっては非常に悪いです。申し訳ありません、エンタープライズのクルー。
しかしそれから、実際にかなり強いこれらすべての重力波を生成します。
だから実際に、これらのワープドライブの一つが私たちの銀河内で崩壊した場合、信号の強さは地球上の私たちに到達するのに十分で、ブラックホールから来ている重力波の強さに匹敵するようなものです。
問題は、それが間違った周波数にあることです。
だからそれは実際には非常に短い周波数にあります。だからあなたは、ああしかしこの新しい周波数ウィンドウを探査しているときにLISAがそれを見るのかなと思うかもしれません。しかしいいえ、それは間違った方向に行っています。実際にはより小さな周波数に行っています。
だから私たちが持っている検出器のどれもこの信号を拾いません。
しかし将来、異なる周波数に敏感な重力波検出器を作ったなら、私たちが言っていたように、宇宙に新しいウィンドウを開いています。将来の検出器でエイリアンを見るかもしれません。
ええ。もう少し資金があれば、ワープドライブを試みた本当に貧しいエイリアン文明の神秘的な信号を拾うつもりです。
いつも言うのは、10億ポンドを持っていて、高周波重力波検出器を作るために私たちにくれたい人がいるなら、まあ、分かりません。
ええ、それは確実に助成金に書くべきです。
まあ、膨大な多様性、めまいがするほどの多様性のトピックに触れたでしょう。
だからブラックホール、ワープドライブ、初期宇宙。まとめるために。最後の質問です。あなたを特に刺激する一つの質問はありますか。夜も眠れないくらい答えることに本当に興奮している一つの質問はありますか。
私にとって、ええ、大きな質問は、これらの特異点をどうやって避けることができるかです。これは研究で一つの質問に答えることができるなら、それは特異点に行き着くというこの事実をどのように解決するかということです。
これらのものが物理的に存在するとは信じていません。何らかの効果が入ってきて、特異点に到達する点で何らかの星の崩壊を止め、何らかの形で何らかの方法でそれを規則的に保つと信じています。無限大に行くのを止めるようなものです。自然は一般的に私たちを無限大に連れて行きません。通常、物事を滑らかにします。
だから新しい物理学が入ってきて、この特異点が形成されるのを防ぐべきです。
だからブラックホールの中心と初期宇宙の両方で、私はまた何らかの新しい物理学が、私たちの宇宙の始まりでの特異点のこの考えを置き換えているべきだと思います。だからブラックホールの中心に何があるのか、私たちの宇宙の始まりは何なのかを理解することは、何らかの形でつながっています。これを理解するには、本当に高エネルギー物理学に訴える必要があると思います。量子重力のアイデアに訴える必要があると思います。
おそらく今、シミュレーションを使ってテストできる、最初にこれらの特異点が形成されるのを防ぐために必要な要件の種類をテストできる、ある種のモデルを構築できるでしょう。
ええ、それはおそらくただの100万ドルの質問です。
つまり、私が言うように、誰もがこの質問に答えることを夢見ていると確信していますが、数値相対性理論でそれに答えることを夢見ています。
あなたのエッジはただそれをやる方法を見つける人になることです。誰もがそうするでしょう。
ええ。今日私と話してくださってありがとうございました。そして家にいる皆さんが、これを私が見つけたのと同じくらい魅力的だと思っていることを願っています。
ああ、どうもありがとうございました。
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