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「ワームホール」を作成するための具体的な手

Posted by moonrainbow on 20.2019 ワームホール   0 comments   0 trackback
空間領域トンネル「ワームホール」を作成するための具体的な手順が物理学者によって公開される

ワームホール

数千光年という気の遠くなる距離であってすら、一瞬で到達できてしまうワームホール――おそらく宇宙の旅を夢見る人たちにとっては究極の移動手段ではなかろうか?

 だが、それを実現するには少々技術的な難題を解決しなければならない。時空に近道を作り出すワームホールは、それはもう不安定なのだ。

 このほど『arXiv』(2019年7月29日)に掲載された論文では、かなり安定したワームホールの作り方が紹介されている。

 そのワームホールとて結局は崩壊してしまうのだが、少なくともメッセージを、それどころか物体をも送れるかもしれないくらいには開いていてくれるという


原理は簡単だがあまりにも不安定なワームホール
 
原理としては、ワームホールの作り方はしごく単純だ。

 一般性相対理論によれば、質量とエネルギーは時空を歪める。この性質を利用して、それらを一定の条件を満たすように配置してやれば、宇宙の2点間をつなぐトンネルが形成される。
 
 残念ながら、そうしたワームホールは儚いほどに不安定だ。ちっぽけな光子ひとつを通過させるだけで破壊の連鎖が発生して、光よりも速く崩壊してしまう


ワームホール1
Image by :YuLi4ka/iStock

ブラックホールとホワイトホールをつなぐ
 
もし相応の負の質量があれば、物質が通過することによる不安定化に抵抗し、利用可能なものにすることができるが、そんな都合のいいものは存在しない。

 そこで別の作戦を考案せねばならない。

 まずワームホールには入口と出口が必要だ。これはブラックホール(何者も逃れられない宇宙の領域)とホワイトホール(何者も進入できない理論上の宇宙の領域)をつなぐことで理論上は出来上がる。

 これらふたつをつなぎ合わせたものが、求めるワームホールだ。ぴょんっと飛び込めば、超重力で潰されてしまう代わりに、反対側にさっと抜け出すことができる。

 が、困ったことにホワイトホールもまた存在しない。ならばどうするか?


ワームホール2
Image by Caspar With from Pixabay

チャージしよう。何を? 電荷を!
 
起死回生の奇策は、どうやら数学が用意してくれた。その解決策とは、電荷を帯びたブラックホールだという。

 ブラックホールは電荷を帯びることができる(なお、その形成メカニズムゆえに一般的なものではない)。

 電荷を帯びたブラックホールの内部は奇妙な場所で、通常は点のようなブラックホールの特異点が伸びたり歪んだりしており、もうひとつの電荷ブラックホールとの間に橋を形成することができる。

 さあ、このワームホールなら、おそらくこの世に実在するだろうものだけで作ることができる!


ワームホール3
Image by deselect from Pixabay

引き寄せ合う二人は虚無を作り出す
 
しかし、これにもまだ2点ほど問題がある。

 ひとつは相変わらず不安定で、これを使おうとすれば、途端にちぎれてしまうことだ。

 もうひとつは、両端に配置された電荷ブラックホールが、重力と電気力によってお互いに引き寄せ合ってしまうことだ。

 無事、お互いが巡り会えたその瞬間、歓喜に満ちたバラ色の世界が誕生する――ことはなく、巨大で役立たずのブラックホールがひとつ残されるだけだ


宇宙ひもを利用してブラックホールを離れ離れに
 
したがって、ワームホールを望み通りに機能させるためには、ふたつの電荷ブラックホールを安全な距離まで引き離し、きちんと開いたまま維持しておかねばならない。

 その鍵を握るのが「宇宙ひも」だ。

 宇宙ひもとは、氷ができたときに生じるヒビにも似た、理論上の時空の欠陥だ。

 これはビッグバンが生じてから1秒にも満たない誕生直後の宇宙で形成された名残りで、幅は陽子よりも細いくせに、数センチも長さがあればエベレストよりも重たいという、きわめて風変わりな性質を持っている。

 ライトセーバーのようにキレッキレの切れ味で、人間などわけもなく両断してしまえるが、存在が確認されているわけではないので、あまり心配する必要はない。

 だからといって、絶対にないとも言い切れない。

ことワームホール作成に関しては、非常に便利な性質を持っている。張力がバツグンに高く、滅多なことではたわんだりしないのだ。

 だから宇宙ひもをワームホールの入口から入れて、出口まで通しておけば、その張力によって両端の電荷ブラックホールはきちんと距離が維持される


ワームホール4
Image by bluebudgie from Pixabay

暴れひもに手綱を

 こうして電荷ブラックホールが引き寄せ合う問題は解決されるが、ワームホールが崩壊してしてしまう問題は未解決のままだ。

 そこで宇宙ひもをもう1本通してやる。だが、こちらは電荷ブラックホールの間に広がる宇宙にも引っ張り出して、輪っかを作ってやる。

 こうして宇宙ひもを輪にするとくねくねと動く――それはもう激しく。
 
 このときの振動は時空を攪拌するのだが、これをうまい具合に調節して、周囲の宇宙エネルギーがマイナスになるようにする。

 すると負の質量のように作用して、ワームホールを安定させてくれる


宇宙ひもが散る前に通り抜けよう
 
なんだが、壮大かつややこしいかもだが、論文を読めば、ワームホールを作成する手順がステップバイステップで紹介されている。

 が、これも完璧ではないようだ。

 宇宙ひもの振動は、ひも自体からエネルギーを奪い取る――つまり質量が減少する。

 このためにひもは次第次第に小さくなり、やがては自滅してしまう。そうなれば、苦労して作り上げたワームホールもまた崩壊する。

 それでもメッセージや、物体さえきちんと通過させられるくらいには開いていてくれるというのだから、苦労して作る甲斐はあるというものだ。

 さあ、あなたはどんなメッセージを宇宙の最果てに送りたいだろうか?

 だが、とびきりロマンチックな伝言を考えるその前に、まだ発見されていない宇宙ひもを宇宙の最果てまで探しに行こう


2019年09月05日
カラパイアより

ワームホールによるワープは可能

Posted by moonrainbow on 03.2019 ワームホール   0 comments   0 trackback
しかし、思っているより時間がかかり近道にはならない(ハーバード大学物理学者)

ワームホール

湾曲した時空のトンネルで、中に入ればはるか遠方まであっという間にワープできるとされるワームホール――それが存在しうるということが、ハーバード大学の物理学者によって明らかにされました

 しかし、銀河の果てまで旅をしようと旅行鞄に荷物を詰め込むのはちょっと待ってほしい。ダニエル・ジャフェリス氏によれば、理論上は存在しうるとしても、人間が移動に使うには便利なものではない

 直接行くよりも、ワームホールのほうが時間がかかるというのです

ワームホールは近道にならない?

 この新説は2019年度アメリカ物理学会で発表される予定のものです

 新理論の重要な点は、ブラックホール情報パラドックスや、重力と量子力学との関係といったことを知る手がかりになります

 光が通過できるワームホール作成法を発見することができれば、量子重力理論の発展を加速させる便利なツールになるでしょう

 2013年に提唱されたER = EPR理論では、ブラックホールを結ぶ「アインシュタイン=ローゼン・ブリッジ」(ER)が存在し、これは素粒子の「量子もつれ」(EPR)と等しいと主張しています

 そして、ジャフェリス氏によれば、ブラックホール同士を接続させた方が、ワームホールより短いということである――

 つまりワームホールは近道にならないのです

ワームホール1
photo by pixabay

銀河旅行には役立たないが、量子重力理論を進めるツールになるかも

 銀河旅行の役には立たないかもしれないワームホールだが、量子重力の理論の発展を加速させるツールとして利用できる

 これは、普通なら事象の地平面の後ろに隠れてしまう領域を探る計器になるという。時空の内側にいる観察者の経験を知る窓であり、しかもそれを外側から覗きこむことができるのです

 深淵をのぞく時、深淵もまたこちらをのぞいていれれば、それを知る手がかりとなります

 現時点で、通過可能なワームホールを定式化するための最大の難関は、負のエネルギーです

 これは量子重力とは一貫していないかのような印象があるのですが、新しい場の量子論に基づくツールを利用することで、この難題を突破しようというのがジャフェリス氏の狙いです

 「ゲージ・重力対応や量子重力などについて詳しいことがわかるでしょう。量子理論を定式化する新しい方法すら見つかるかも知れません。」(ジャフェリス氏)

2019年04月20日
カラパイアより

「磁気ワームホール」を作り出すことに成功

Posted by moonrainbow on 28.2018 ワームホール   0 comments   0 trackback
宇宙の二領域をつなぐワームホールが実験室で作られていた(スペイン)

ワームホール

今から3年前、スペインの研究者が史上初めて小型の磁気ワームホールを作り出すことに成功しました。彼らはそれを利用して宇宙の二領域を接続。磁場はその間を通り、”目に見えぬ”旅をしました

 ただしこれはSF映画のように空間のワープを可能にする重力のワームホールとは違います。こちらのワームホールは物質を運ぶことができない類のものです

 そうではなく磁場がある点で消えて、別の場所で出現するトンネルを作り出すことに成功したのです。これも、十分に素晴らしい快挙です

電磁気的なワームホールを作り出すことに成功

 ワームホールとは宇宙の二点をつなぐトンネルです。これまで、そのプロセスがシミュレートされたことはありましたが、重力のワームホールが作られたことは、それに近いものですらないのです。というのも、それには膨大な量の重力エネルギーが必要になるからです。我々は未だその方法を知りません

 それでも物理学者は電磁気的なワームホールを作り、操作することなら得意です。そこでバルセロナ自治大学の研究チームは磁気のワームホールを作り出せるものか試すことにしました

ワームホール1
image credit:Autonomous University of Barcelona

 2014年、彼らは磁場を一点から別の点へ通り抜けさせるトンネルを作り出しました。残念ながら、これは本物のワームホールではないのです

 磁場がトンネル内を移動中に検出不能になる、つまり磁気的に”透明”な状態を保つことができなかったからです

 だが2015年、研究チームはメタマテリアルとメタサーフェスを使うことで、ついにこの問題を克服しました

 すなわち、磁石や電磁石といったあるソースから生じた磁場を、ワームホールの間になんの痕跡も残さず出口から出現させることに成功したのです

ワームホール2

磁場が別次元を移動しているように見える

 これはまるで磁場が別次元を移動しているかのような錯覚を引き起こします。奇妙なことに、それは分離した磁気の単極(つまり北か南の一方しかない磁石)がトンネルの終点でランダムに現れるということを意味していました

 「磁気的な単極は自然には存在しない。この結果だけでも奇妙である」と当時のプレスリリースには説明されています

 「全体的な効果は、磁場がある点から別の点へ通常の3次元の外にある次元を通過しているように見える」 

 はっきりさせておくと、この実験のワームホールは人間の目に本当に見えないわけではない。実はワームホールは外面の強磁性表面、内面の超電導レイヤー、筒状に内向きに巻かれた強磁性シートで構成された球です

 しかし設計された通路は、磁気的に完全に検出不能です。言い換えると、外から見ると磁気的に透明であるが、我々にはイラストのように見えます

ワームホール3
image credit:Autonomous University of Barcelona

空間の位相を変える

 我々が宇宙空間を移動することが可能になるワームホールとは似ても似つかないように思えるだろうが、実はいくつも共通点があります

 それは空間の位相を変える。その様子は、まるで内部の領域が磁気的に空間から消去されたかのようです

 磁場を用いる分野ならこの研究の応用も可能性かもしれない。例えば、狭い機器内に人が寝そべらなくてよく、しかも精度が高いMRIが開発できるかもしれない

 だが重要なのは、これが我々が空間を通り抜ける方法について示唆に富んでいることです。こちらは本気で興奮する挑戦です

References:nature

2018年03月18日
カラパイアより

ブラックホールの中心にワームホール?

Posted by moonrainbow on 19.2016 ワームホール   0 comments   0 trackback
別の領域へつながる裏口の可能性を示唆

ブラックホールの中心にはワームホール

「ブラックホールの奥深くには重力の特異点と呼ばれる領域が存在する。ここでは時空の歪みが無限大となり、いかなるものも生存できない場所だ」……と、これまでは考えらえれていましたが、ある最新の研究では、ブラックホールの中心にはワームホールがあり、これが裏口として機能していると論じられています

 ワームホールとは時空が歪んで作り出される近道のことです。例えば、折り紙に鉛筆で2点の点を描いて、その間の距離を宇宙の距離に見立てたとしよう。このとき折り紙を折れば、点の距離を近づけることができる。ワームホールもこれと同じようなものです

 スペイン、バレンシアにある粒子物理学研究所(Institute of Corpuscular Physics)の物理学者らは、特異点を時空の幾何学構造の中の欠陥であるとみなすシナリオを提唱しています

 この考えを検証するために、グラフェン層の結晶の構造に似た幾何学構造を用いるというあまりないアプローチが採用されました。この結晶の構造はブラックホールの内部活動によく一致しているのだというのです

 研究チームが焦点を当てたブラックホールは、動きがなく、電荷を持つタイプです

 「ブラックホールは重量に関する新しいアイデアを試すことのできる理論的な実験場のようなものです」とバレンシア大学のゴンサロ・オルモ氏。結晶にはミクロスケールの構造に欠陥があるように、ブラックホール中心領域は時空の異常であり、正確に記述するには新しい幾何学要素が必要になると解釈することが可能なのだという

 研究チームは新しい幾何学配列を分析することで、小さく、球状面を持つ中心点を発見。これはブラックホール中心にあるワームホールを表しているのだそうです

ブラックホールの中心にはワームホール1

 彼らの理論は電荷を帯びたブラックホールを解釈するにあたって存在するいくつかの問題を解決できる、とオルモ氏は説明する。まず第一に、特異点の問題が解決される。ブラックホール中心にワームホールという出口があるため、ここから時間と空間が継続することができる。計算によれば、中心のワームホールは原子核よりも小さいが、ブラックホール内に蓄えられた電荷に応じてサイズが大きくなるという

 万が一ここに物質が近づくと、ブラックホールからの距離の違いが生み出す重力の差異によって極端なまでに引き伸ばされて(スパゲッティ化)ワームホールに進入できるようになる。それから反対側に到達したときに圧縮され、元のサイズに戻る

 人間が生きたままここを通過することはできなさそうですが、研究チームの主張によれば、ブラックホール内の物質は従来から考えられてきたように永遠に失われるわけではなく、宇宙の別の領域に追い出されるようです

 またアインシュタインの重力理論が示唆するような、ワームホールを発生させるエキゾチックエネルギーも必要なくなります。ワームホールは電場のような通常の物質とエネルギーから出現することが可能となるのです

2016年08月10日
カラパイアより

ワームホールが発生可能?

Posted by moonrainbow on 11.2016 ワームホール   0 comments   0 trackback
超大質量のブラックホールにダークマターが加わることでワームホールが形成される可能性(英研究)

ワームホール

ダークマターは宇宙で最も検出が難しい物質の1つで、これまでその物理的な証拠を得ようと様々な努力がなされてきました。光を反射しないことから目に見えないですが、目に見える物質への重力効果からその存在が推測されており、宇宙はこの謎めた物質で満たされていると考えられています

 オンラインジャーナル『ArXiv』に掲載された最新の論文によれば、超大質量ブラックホールに少量のダークマターを加えると宇宙でも稀な奇妙なものが出来上がるそうです。それが、ワームホールです

ブラックホールから放出される強力な磁場がダークマターに影響

 ワームホールは、SFの中では時空を通して宇宙の2点間をつなぐトンネルと説明されます。気が遠くなるような長距離間移動を可能にする設定として利用されることが多いです

 イギリス、ランカスター大学の物理学者コンスタンティノス・ディモポウロス博士は、いくつかの銀河の中心は高密度のガスやチリが大質量ブラックホールの周囲で明るく燃えており、このときブラックホールから放出される強力な磁場がダークマターの性質に影響を与えている可能性があると論じています

 銀河の中心部が激しく動く過程では、とりわけアクシオン(英語: axion)という仮説上の粒子でなるダークマターがその影響を受けるのだというのです

 ※アクシオン(英語: axion)は、素粒子物理学において、強い相互作用を記述する量子色力学に関連してその存在が期待されている仮説上の未発見の素粒子です

ワームホール1

ブラックホール+ダークマター+αでワームホールが形成

 こうした反物質の粒子は宇宙に遍く存在しており、微弱ではあるが互いに干渉しあうことで銀河の形成を助けていると考えられています。それは薄い目に見えない霧が銀河に染み込んでいるかのようです

 ディモポウロス博士によれば、激しく動く銀河の中心の密度が高くなると、渦を巻いた強力な磁場のジェットがそれを非常に活発にし、負のエネルギーの状態に切り替えるというのです。そして銀河の中心にある大質量ブラックホールのそばにダークマターがあれば、ブラックホール、磁場、アクシオンのダークマターが組み合わさってワームホールが形成される可能性があるそうです

ワームホール2

 この安定したワームホールに切り替わる大質量ブラックホールは、銀河の形成やその活動と密接に関連しているとディモポウロス博士は説明しています

 ブラックホールと違い、ワームホールは理論的には一方通行にも双方通行にもなりえ、宇宙のある地域から別の地域に物質を吐き出す可能性もあります

ワームホール3

 またワームホールは大質量ブラックホールの特異点によって時空が無限に曲がる地点でもあります。負の密度の反物質は奇妙な性質を有しており、磁場によってワームホールが形成されることなくアクシオンが切り替わることもあります。これが周辺の銀河に大きな影響を与えるのだといのです

 「仮にダークマターがアクシオンのようなものだとすれば、高度に発達した文明なら人工的にらせん状の磁場を作り出すことで付近のダークマターの性質を適切に改変し、ワームホールを発生させることもできます。これが星間移動やタイムトラベルを実現させるかもしれない」とディモポウロス博士は論じています

physics-astronomyより

Galactic wormhole



2016年05月03日
カラパイアより
 

プロフィール

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Author:moonrainbow
昔、"地球の旅人"の頃




服と鞄と雑貨の販売をしています

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