ワームホールとは何？天体物理学者は、時空を貫く近道を説明します。

Solutions to Einstein’s famous equations back in the 20th century describe ‘wormholes,’ or tunnels through space-time. Mark Garlick/Science Photo Library via GettyImages
20 世紀にさかのぼるアインシュタインの有名な方程式の解は、「ワームホール」または時空を通るトンネルを表しています。

[公開日] : 2022 年 8 月 22 日午後 10 時 26 分 AEST

[質問] チングレンビ D.，12 歳，アッサム州シルチャル，インド

[答えてくれる先生] Dejan Stojkovic

デヤン・ストイコビッチ博士

ニューヨーク州立大学バッファロー校物理学教授

記事を音読します。

山の両側にある 2 つの町を想像してみてください。これらの町の人々は、お互いに会いに行くために、おそらく山を一周しなければならないでしょう。しかし、もっと早くそこにたどり着きたい場合は、山をまっすぐ抜けるトンネルを掘って近道を作ることができます。それがワームホールの背後にある考え方です。

ワームホールは、宇宙の 2 つの離れた地点の間のトンネルのようなもので、ある地点から別の地点への移動時間を短縮します。ある銀河から別の銀河へ何百万年も移動する代わりに、適切な条件下では、理論的にはワームホールを使用して数時間または数分に移動時間を短縮できます。

ワームホールは時空のショートカットを表すため、タイムマシンのように機能することさえあります。ワームホールの一方の端から、もう一方の端に入ったときよりも早く出現することがあります。

ワームホールが実際に私たちの世界に存在するという証拠は科学者にもありませんが、ワームホールは、私のような天体物理学者が空間と時間について考えるのに役立つ優れたツールです。それらはまた、宇宙がどのように見えるかについての古くからの質問に答えるかもしれません。

事実かそれともつくり話か？

これらの興味深い機能のために、多くの SF 作家が小説や映画でワームホールを使用しています。ただし、科学者は、作家と同じようにワームホールのアイデアに魅了されてきました。研究者は私たちの宇宙でワームホールを発見したことはありませんが、科学者は重要な物理方程式の解に記載されているワームホールをよく目にします。最も顕著なのは、アインシュタインの時空理論と一般相対性理論の背後にある方程式の解にワームホールが含まれていることです。この理論は、宇宙の形と、星、惑星、その他の物体がその中でどのように動くかを説明しています。アインシュタインの理論は何度もテストされ、毎回正しいことがわかっているため、一部の科学者は宇宙のどこかにワームホールが存在すると予想しています。

[図画] Scientists call the points where you would enter and exit a wormhole ‘mouths,’ while they call the tunnel itself the ‘throat.’ Victor Habbick Visions/Science Photo Library via Getty Images
科学者は、ワームホールに出入りするポイントを「口」と呼び、トンネル自体を「喉」と呼んでいます。

しかし、他の科学者は、不安定すぎるため、ワームホールが存在する可能性はないと考えています。

重力の絶え間ない引力は、地球を含む宇宙のすべてのオブジェクトに影響を与えます。したがって、重力もワームホールに影響を与えます。ワームホールに懐疑的な科学者は、ワームホールの内側から外側に押し出してその力に対抗する力がなければ、ワームホールの中央部はすぐに自重で崩壊すると考えています。最も可能性の高い方法は、重力に逆らってワームホールを安定させる「負のエネルギー」を使用することです。

しかし、科学者が知る限り、負のエネルギーは、ワームホール自体の重力を打ち消すには小さすぎる量でしか作成できません。ビッグバンが宇宙の始まりにさかのぼって少量の負のエネルギーを持つ小さなワームホールを作成し、宇宙が膨張するにつれてこれらのワームホールが時間の経過とともに広がった可能性があります.

In this short video by Fusion, a Caltech professor sums up what wormholes are and the stability question that’s boggling scientists. Fusion によるこの短いビデオでは、カリフォルニア工科大学の教授が、ワームホールとは何か、科学者を悩ませている安定性の問題についてまとめています。

まるでブラックホールですか？

ワームホールは興味深い物体ですが、主流の科学ではまだ受け入れられていません。しかし、それはそれらが本物ではないという意味ではありません。私たち天体物理学者が私たちの宇宙にたくさんあることを知っているブラックホールは、1910年代に科学者が最初に存在を示唆したとき、受け入れられませんでした。

アインシュタインは 1915 年に有名な場の方程式を最初に定式化し、ドイツの科学者カールシュヴァルツシルトは、わずか 1 年でブラックホールを数学的に記述する方法を発見しました。しかし、この説明は非常に奇妙だったので、当時の主要な科学者たちは、ブラックホールが実際に自然界に存在する可能性があるとは信じていませんでした。人々がブラックホールを真剣に捉え始めるのに 50 年かかりました。「ブラックホール」という用語は 1967 年まで造語さられませんでした。

同じことがワームホールでも発生する可能性があります。科学者が存在できるかどうかについてコンセンサスを得るには、少し時間がかかるかもしれません。しかし、ワームホールの存在を示す有力な証拠が見つかった場合 (恒星の軌道の奇妙な動きを調べることで確認できる可能性があります)、その発見は、科学者が宇宙をどのように見て理解するかを形作ることになるでしょう。

この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversationと各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は、archive for kidsの翻訳責任で行われています。Webサイトでオリジナルの記事を読めます。