近年、ワームホールに関する研究や報道が急増している背景には、理論物理学における新たな可能性の探求がある。ワームホールはアインシュタインの一般相対性理論から導かれる時空のトンネルであり、光速を超えた移動を可能にする概念として長年注目されてきた。しかし、その実現には負のエネルギー密度を持つ物質が必要であり、現実に観測されたことはない。本動画では、重力波観測における異常なシグナル、量子効果を考慮したワームホールの内部構造、そして時空の泡レベルでの微小なワームホールがダークエネルギーに寄与する可能性など、最新の研究動向を検証する。これらの研究は理論的には興味深いものの、実際の証拠はまだ得られていないのが現状である。量子重力理論においてワームホールは自然に現れる概念であり、量子もつれと幾何学的な結びつきを持つ可能性も示唆されているが、SF的な期待と科学的現実の間には依然として大きな隔たりが存在する。
ワームホールをめぐる最近の見出しラッシュ
物理学のニュースをフォローしている方なら、ワームホールに関する見出しが至る所に溢れていることにお気づきかもしれません。異常な重力波は複数の宇宙を繋ぐワームホールの兆候かもしれない。素粒子レベルのワームホールが宇宙膨張の原因である可能性がある。
芋虫型のワームホールがもつれ合ったブラックホールを繋いでいる可能性がある。あなたの隣に見えないワームホールが存在するかもしれない。いやはや、驚きですね。今日は、このワームホールの突然のブームの背後に何があるのか、なぜそれが完全に狂っているわけではないのか、そしてなぜ半分も信じるべきではないのかについてお話ししたいと思います。そして残念ながら、これが物理学の見出しの大半を表していることを認識しています。
ワームホールとは何か
ワームホールとは、時空における仮説上のトンネルです。このアイデアはアインシュタインとローゼンに遡り、彼らは一般相対性理論の方程式が、ある種の喉を通じて二つの離れた領域を繋ぐ幾何学を可能にすることに気づきました。科学普及の分野では、これは通常、折り畳まれた紙がチューブで結ばれているように描かれます。
チューブを通って移動すれば、光が長い道のりを進むのにかかる時間よりも速く、ある場所から別の場所へ行くことができます。これがワームホールの大きな魅力です。アインシュタインの理論と整合性があり、実際に光速を超えることなく光速の限界を超えることができるのです。問題は、数学がワームホールを開いたままにしておくには負のエネルギー密度を持つ物質が必要だと言っていることで、そのようなものを見た人は誰もいないということです。
もう一つの問題は、ワームホールが空間内の移動だけでなく時間旅行も可能にするかもしれないということで、これは時間旅行のパラドックスの可能性を開きます。物理学者は通常、そのようなパラドックスを、何かが実際には起こり得ないことを示す兆候として解釈します。
それから、そもそもワームホールがどこから来るのかという問題もあります。つまり、どのように作られるのか。なぜ二つの場所を繋ぐべきなのか。そのような接続のための数学があると言うのは一つのことです。それが物理的にどのように起こり得るかを説明するのは別のことです。その一方で、宇宙は私たちが本当に理解していないもので満ちており、個人的には負の質量やエネルギーが存在する可能性があると思っています。それが単に存在しないのは、通常の物質から重力的に反発されるからです。
時間旅行のパラドックスが本当の問題だとも思いません。エントロピーの増加により時間に方向性があることを単純に考慮すれば、なぜそれらが起こり得ないのかを説明するのは非常に簡単です。ワームホールに有利なもう一つの側面は、あらゆる量子重力理論において発生することが期待されるということです。
量子重力理論におけるワームホール
量子重力、つまり欠けている重力の量子版は、空間と時間に量子的性質を与えるでしょう。そのような理論では、空間と時間は極端な量子揺らぎを経験することができ、そうです、これは微小なワームホールを作り出すことができます。そうです、量子重力は「至る所に微小なワームホール」が生産的な火曜日と見なされる種類の分野なのです。
ワームホールはまた、物理学者が量子理論の難しい問題を幾何学の問題に翻訳することを可能にするため有用です。有名なアイデアは、二つのシステムが強くもつれ合っている場合、それらを微小なワームホールで結ばれていると考えることができると述べています。
この意味において、ワームホールは宇宙船を飛ばすことができるような物体ではありません。複雑な数学を整理するのに役立つイメージなのです。だからこそ、ワームホールについて考えることは単なるSFではないのです。しかし、公開された論文の見出しを調べてみると、それらはかなり曖昧です。最初の例は、2019年5月の重力波イベントに関する論文です。
LIGOとVirgo観測所によって検出され、信号が非常に短く、通常二つのブラックホールが螺旋を描いて動くときに見られる明確なチャープを示さないため異常です。この新しい論文は、この信号が代わりにワームホールからのエコーである可能性があると提案しています。残念ながら、ブラックホールの合体の方がデータにさらによく適合することが分かっています。
ナンセンスメーターで10点満点中3点をつけます。このデータ分析を行うのは良いのですが、実際にはワームホールの信号がどのように見えるかについてあまり知らないというだけです。二番目の例は、紙のワームホールの特性に関する理論研究です。著者たちは、量子効果を考慮した場合、アインシュタイン・ローゼン橋の内部がどのように見えるかを疑問に思っています。
彼らは、単純で滑らかなトンネルが不規則な構造を発達させることを発見し、それを「アインシュタイン・ローゼンの芋虫」と呼んでいます。また、量子状態がよりランダムであるほど、ワームホールがより長くなることも発見しています。実際、これは興味深い論文ですが、宇宙におけるワームホールの存在については何も教えてくれません。ナンセンスメーターで10点満点中5点をつけます。それほど間違ってはいませんが、役に立ちません。
微小ワームホールとダークエネルギー
三番目の例は、時空の泡と呼ばれることもあるものにおける量子重力揺らぎによって作られる微小で極小のワームホールを検証しています。これらのワームホールは非常に小さいため、素粒子でさえ通過できないので、私たちは気づかなかったでしょう。
著者たちは、これらの微小なワームホールが宇宙のエネルギー収支に寄与し、これがダークエネルギーを説明できる可能性があると主張しています。これは残念ながら、ナンセンスメーターで10点満点中10点です。かなりシンプルなものに対して不必要に複雑な説明を見つけようとする意図的なモデル化の試みです。要約すると、ワームホールは興味深い研究分野であり、個人的には十分に存在する可能性があると思います。しかし残念ながら、それらが存在するという証拠は何もありません。
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