マクロとミクロから宇宙を解明する

January 6, 2018

理論物理学の数式は素人には暗号にしか見えない。ただ、この世界を、次元・空間・重力や速度といった要素を加えながら数式で記述してしまうのだから驚きである。その中でもブラックホールとワームホールを「量子もつれ」からその本質を解き明かそうとする試みは非常に興味深い。

 アインシュタインの一般相対性理論は重力場の理論である。ネットにボールを乗せると時空がゆがむイラストは有名だろう。また、この理論は、時空での遠く離れた両者に違いを結びつける近道があることを示した。それがワームホールと呼ばれるものだ。アインシュタインが一般相対背理論を発表した1年後、シュワルツシルトがその単純解(シュワルツシルト解)を導きブラックホールの存在を明らかにした。

 さて、今度はミクロの世界である量子論だ。「量子もつれ」(エンタングルメント)とは、ある影響を受けた物体が距離を隔てたもう一つの物体に影響を与えるものである。例えば、ある物体を赤にすると、まるで遠隔操作をしたかのように別の物体も赤になるという。

 さて科学者は、この2つの理論がブラックホールの本質を解き明かすかもしれないと述べている。まず、ホーキングはブラックホールに温度があることが示した。温度は微細な要素運動から生じるので、ブラックホールには微視的状態があると考える。これをブラックホールの外見からは量子物理的な構成物質と考えれば、量子もつれ理論を適用できる。すなわち、はるかかなたの時空に相対的なブラックホールが存在するのだ。また、ワームホールも時空の現象であるから同様にワームホールを持っている。結論として、ブラックホールを通して量子もつれとワームホールは、実は等価性の原理があるのではないかということである。

 もちろん課題も多いようだ。確かにJ.マルダセナの言うように、この原理は普遍的なのだろうか。つまり、「この推論が正しい場合、最も単純なケースである粒子2個のケースでも正しくなくてはならない」ことになるだ。しかし、数年後には突拍子もない発想による理論が出てくるかもしれない。実際、私たちはダークマターをはじめとしてまだ未知の分野が多いからだ。しかし、それは言い換えれば、発見すべき余白の部分が多いということにもなる。それは一般相対性理論と量子力学といったとても結びつきそうもない理論の統合化もしれない。

 

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