アインシュタインの一般相対性理論は、多かれ少なかれ固定された規則を設定します。それらは本質的に空間と時間から生じます。ただし、これらの制限内で、この概念はかなりの範囲を提供します。一般相対性理論の場の方程式は、ワームホール、つまり時空を通るショートカットさえももたらします。これらの理論的構造は、以前は非常に不安定であると考えられていました。しかし、物理学者パスカル・コイラン氏の最新の研究結果を信じるのであれば、必ずしもそうとは限りません。
ワームホール – 簡単に説明
ワームホールは、アインシュタイン ローゼン橋とも呼ばれ、時空の 2 点を結ぶトンネルの一種です。このような構造は、1916 年に物理学者ルートヴィヒ フラムによって初めて説明されました。アルバート・アインシュタインとネイサン・ローゼンも、1930 年代に重力場方程式の研究の一環としてこのアイデアを取り上げました。当時彼らは、ブラックホールとホワイトホールはワームホールを介してつながっているという仮説を提唱しました。
これまでのところ、科学はワームホールの存在の証拠を提供できていません。これは、とりわけ、現在の技術に基づいてブラックホールと区別できないという事実によるものである可能性があります。しかし、私たちがそれらを発見し、そして何よりもそれらに到達できれば、それらがどのようにして瞬時の空間転移、さらにはタイムトラベルを可能にするのかを観察できるでしょう。少なくとも、アインシュタインとローゼンはそう想定していました。
一般相対性理論の計量
アインシュタインの最も有名な理論を自動機械のように想像することができます。特定の質量などの入力を与えると、重力によって時間の経過とともにどのように動作するかを吐き出します。結果として得られる記述は「メトリクス」と呼ばれます。これらは、入力が最終結果に至るまでのパスを表します。
これは、異なるメトリクスを同じ入力に適用できることを意味します。それらの中には、他のものよりも特定のケースに適したものもあります。たとえば、ブラック ホールやワームホールの文脈では、科学者は通常、いわゆるシュワルツシルト計量を使用します。これは、均質で帯電せず、回転しない球体の重力場を記述します。これは非常にうまく機能しますが、ブラック ホールから一定の距離、いわゆるシュヴァルツシルト半径の外側でのみ機能します。
Schwarzschild 計量の時間変数を変更すると、エディントン-フィンケルシュタイン計量というわずかな変更が得られます。
アインシュタイン・ローゼン橋 – 安定しているかどうか?
シュヴァルツシルト計量の問題は明らかです。事象の地平線とも呼ばれるシュヴァルツシルト半径を超えると、完全に崩壊します。したがって、この時点から先に進むには、別の解決策を見つける必要があります。パスカル・コイラン氏は、エディントン・フィンケルスタイン指標が正しいアプローチであると考えています。
「ブラック ホールに落ちた試験質量は、シュヴァルツシルト時間変数 t の有限値では事象の地平線に到達しないことが知られています。対照的に、エディントン・フィンケルスタイン時間変数 t’ の有限値で事象の地平面に到達することを示します。」
パスカル・コイラン
しかし、このホールの中央にある特異点がホワイト ホールの特異点に接続されている場合、粒子はどのように動作するのでしょうか?シュワルツシルト指標による標準的な答えは、ワームホールは不安定すぎて何も輸送できないということです。彼女の中の極端な力により、彼女は輪ゴムのように伸びたり切れたりすることになります。
物理学者の質問に対する標準的な回答
一般相対性理論と量子宇宙論誌に掲載された研究の中で、コイラン氏は、エディントン・フィンケルシュタイン計量を使用すると、仮想のワームホールを通過する粒子の経路をより簡単に理解できると説明しています。したがって、粒子は事象の地平線を越えてワームホールのトンネルに入り、再び反対側に脱出する可能性があります。これらすべては有限の時間内に起こります。
「時間マーカー t’ の有限値 t’1 で粒子がワームホール スロートに到達し、t’>t’1 の間スロートを通過する軌道を継続することを示します。このような動作は、粒子が「時間の終わりを超えて」軌道を続けることになるため、シュヴァルツシルト時間では意味がありません。
パスカル・コイラン
Schwarzschild メトリクスとは異なり、Eddington-Finkelstein メトリクスは、このパスに沿ったどの時点でも不正な動作をしませんでした。これが意味するのは、ワームホールはこれまで考えられていたほど壊滅的なものではないということです。以前の仮定に反して、 一般相対性理論は安定したアインシュタイン ローゼン橋も可能にします。
問題が残っています
アインシュタインの研究は、コイランの研究と同様、主に重力と時空に関連していますが、残念なことに、ワームホールの邪魔になる可能性のある他の物理システムが存在します。たとえば、熱力学があります。したがって、ホワイトホールは非常に限られた範囲でのみ互換性があります。物理学者がブラック ホールとホワイト ホールの間に接続、さらには組み合わせを作成しようとした場合、数学は、結果として生じるエネルギー密度がすべてを破壊することを示唆するでしょう。
ワームホールは依然として理論上の概念と考えられています。しかし、覚えておいてください。私たちは数年前にブラックホールについて同じことを言いました。
出典: 「エディントン・フィンケルシュタイン計量におけるインフォール時間、アインシュタイン・ローゼン橋への応用」 (2021、一般相対性理論と量子宇宙論)。自分の研究