2006年05月31日

量子力学とブラックホール

 小十郎は何に大失敗したのでしょうね…。

 小十郎は次のような一言と俳句を残していました。
小十郎の一言:だいしっぱい

その候補 量子力学 新しい

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 ん? 新しい…です?

 なら、短期ってことですかね…。

 梵の手持ちの脳内データは、探査を行った時期が昔であるだけに、古かったりします…。

 そんなわけで、新しい情報はわかりません…。


 そんな小十郎は過程運について述べていました。
小十郎占い:過程運下降気味

ライスナー・ノルドシュトローム・過程は質量と電荷を持ちます。

小十郎占い監修:小十郎
 ライスナー・ノルドシュトロームは確かにそうなのでありますが、物理的には難しいと考えられています…。


 本日は、どうしてブラックホールの存在がわかるのかについてお話しましょうかね…。

 直接に見ることができないブラックホールが宇宙に存在することが何故わかるのか、についてですが…。ブラックホールを直接見ることができなくても、ブラックホールに落ちこんでいく物質が出す X 線や γ 線は観測することができるからです。

(注:量子力学を応用したホーキング放射の真否やブラックホールの蒸発の真否が物理学界で問われていますが、これは、仮想の粒子対を見つけて実際に予想されているように振舞うのかどうかが確かめられないため、流体ブラックホールのモデルなどで確かめようという試みや、人工ブラックホールを作ろうといった試みや、ブラックホールになるかもしれない天体を見つけたり、宇宙望遠鏡の観測精度を高めるといった試みなどが現在行なわれています。)

 一般に重力が強いほど物質は圧縮し、高温になります。また、物質の濃度が高いほど短い波長の電磁波を出すことが知られているので、どの波長の電磁波が出ているかを知ることでそれを放出している物質の温度が推定できます。

 X 線や γ 線も電磁波の一種であり、その波長は私たちの目に見える光に比べて 1 万分の 1 以下と大変に短いものとなっています。そのため、 X 線や γ 線が観測されたら、それは非常に重力の強い天体のまわりから放出されたことがわかります。

 しかし、それだけでは、その天体がブラックホールである決定的な証拠とはなり得ません。ブラックホールのもう一つの特徴は、その小ささにあります。例えば、太陽ほどの質量をもつブラックホールであれば、その半径はたったの 3 キロメートル程度のものとなります。

 この小さなブラックホールの周りの物質は、常に一定量が落ちこんでいるわけではありません。物質が溜まっては落ち込み、溜まっては落ち込みます。そのたびに x 線や γ 線が多くなったり少なくなったりします。

 ブラックホールの周囲を物質が回りながら取り巻いており、物質は中心にあるブラックホールに近づくほど速く運動し、互いの摩擦のために極度に熱くなります。物質はブラックホールのごく近い周囲にいったん溜まり、あるところまで近づくといっぺんに落ちます。落ちる寸前に、物質はその高い温度によって X 線や γ 線など波長の短い電磁波を多量に放出します。

 溜まるまでの時間は、だいたいブラックホールを一周する時間であるといいます。ブラックホールは小さいので、この時間は数時間から数日くらいと非常に短い周期となっています。

 このように、 X 線や γ 遷の強さが短い周期で変化していれば、ブラックホールの周りの物質から放出されたと考えることができます。
posted by 梵 at 00:15| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月30日

どっぷり?

 本日の小十郎は次のような一言と俳句を残していました。
小十郎の一言:あんまり

ひとことや のべていました はいくかも

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 時間差の関係なんでしょうかね…。

 ところで、これからの生物学は、複雑系生命学か生物物理学だと、ここしばらく考えている梵です…。

 なんでかというと、最近の論文を見ていると、見た目上の壁にぶち当たったまま足踏みしているように見えるからです。

 生化学や生命工学からの見解というのも、今のデータベースでは、どうしても限界があるからなのですが、なんです…。

 小十郎はアマチュア運において、次のように述べていました。
小十郎占い:アマチュア運絶好調

政景占い監修アマチュア政景 確かに、物理学にどっぷり漬かっている状況であるかもしれない。

小十郎占い監修:小十郎
 うぅぅぅん…。漬かっています…。

 基本的な理論を追っていくだけでも、何かヒントを得られることもあり、いつかはどこかでグローバル境界で繋がるものなので、「じっくり」営んでいる梵であります…。

 専門家から得た情報をもとに、深く理解しながら、捏ね回して予想を立てる…というのも、アマチュアな science mania の一つの楽しみです…。

 まぁ、置かれた環境内で無理せず楽しみを見つけるというのは、生きるための術にあたるもの(合理的且つ効率的)なのかもしれません・・・。
posted by 梵 at 00:28| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月29日

特異運

 小十郎は特異運について述べていました。
小十郎占い:特異運上昇中

先日の特異のしかたがよかったのか、誘ったことが良かったのか、状態は先日よりふっきれた状態の友人でした。

小十郎占い監修:小十郎
 そうですか…。よかったですね…(^-^)

 おともだちを大切に…。


 梵は毎度の事象で、すねあげに影響がきています…。

 ハンディキャップや脊髄系疾患の影響で観測所の装置のままみたいな状態であるので、地球環境の状態によって、動けないことがあります…。

 気候変動や地殻変動の影響を受けてしまうというのも、結構しんどいものがあるわけですが、なんです…。

 地震の被害をニュースなんかで見ていますと、ヒトという存在が実に小さなものに見えます…。

 気候変動は温暖化現象の影響を強く受けますが、地殻変動は地球が超高温にならないと温暖化現象の影響を強く受けません。まったく影響を受けないとはいいませんが、ほぼ、2 % ぐらいでしょうか…。地殻変動については影響がないといまえます。

 しかし、焦点を変えて、別の話として地球自身にはささいな振る舞いとしても、その環境内にいる生物にとっては、ヒトでさえ大きな死活問題となります…。

 その割合は、ヒトという固体が地球という惑星とし、体細胞や腸内細菌、或いはウイルスなどにあたるものが地球生物であると仮定して考えるとわかりやすいのかもしれません…。

 さしずめ、ヒトはウイルスのパターンに似ていますね…。

 うぅぅぅん…。地球(惑星)を固体とすると、実に、ヒトは小さいですね…。
posted by 梵 at 00:13| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月28日

宇宙の構造

 小十郎は次のような一言と俳句を残していました
小十郎の一言:どう?

どう?

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 ご機嫌を直した小十郎でありました。

 うぅぅん…。梵の知見がどこまでかないますやら…。


 そんな小十郎は、無限運について次のように述べていました。
小十郎占い:無限運良し

すべての星は自転しているので、星の重力崩壊でできるブラックホールも自転していると考えるのが無限でしょう。

小十郎占い監修:小十郎
 従って、梵も自転していると考えるのが無限でしょう…?


 さて…。ホーキングはブラックホールが蒸発すると考えました。

 1970 年代の中ごろまで、ブラックホールは物質を吸い込んで質量が大きくなる一方だと思われていました。ところが、1976 年にスティーブン・ホーキングは、ブラックホールがその質量に反比例した温度で光を発して、次第に蒸発していくことを示しました。

 ブラックホールからは何も出てこれない筈ではなかったのか?――これは、相対性理論から考えれば誰もが疑問とするところでしょう。

 これについて、ホーキングは、ブラックホールに量子力学を適用しました。

 量子力学では、真空は物質が何もない常態ではありません。従って、真空の宇宙を素粒子レベルの小さなスケールでみると、光の粒である光子が 2 つの対になってできたり消えたりしています。

 真空では、エネルギーは一定の値をとることはできず、常にゆらいでいるからです。これを量子力学の「不確定性関係」とよびます。

 《ゆらぎ》は短い時間感覚ほど大きく、そのエネルギーが光子をつくることに使われます。このようにしてできた光子の対は、通常すぐにたがいに出会っては消えてしまいます。

 しかし、この光子の対生成がブラックホールのまわりの空間で起きると事情が違ってきます。不ラックホールの近くでは強い潮汐力が働いて、距離の近いほうより強くブラックホールに引かれます。

 すると、本来はすぐに出会って対消滅すべき筈だった 2 つの光子は引き離されてしまうのです。一方がブラックホールの中に飛び込むと、その反動でもう一方の光子は遠方に飛び出します。

 このようにしてブラックホールから光が放出されるように見えるのです。

 おや…? なんて思います?

 そうです。「ブラックホールが蒸発する」とは、これはつまり「ホーキング放射」の別の(相対したブラックホール側の現象の)言い方です。

 質量の小さいブラックホールであるほど、周りの空間の曲がりが大きいため潮汐力が強く、光子が大きなエネルギーをもって勢いよく放出されます。一般に、温度の高い物体から放出される光ほど波長が短く、エネルギーが大きくなります。そのため、質量が小さいブラックホールほど高温で、徐々に質量が減ってきます。

 この現象を「ブラックホールの蒸発」といいます。

 質量が減るとさらに高温になるので、いっそう激しく蒸発するようになります。

 このため、ホーキング放射を確認するには、「ホーキング放射の話」などでも取り上げたように、それが観測できる「自然な真空」となる、できたばかりのブラックホールを探して観測するか、人工的に「自然な真空」となるようにブラックホールを作って観察するしかありません。

 従って、「ブラックホールが蒸発すると言うことは、光子が放出されるのが観測できるのか?」という発生しやすい質問については、ホーキング放射を観測するには、できたばかりのブラックホールか人工的に作り上げた自然な真空のブラックホールでなければ観測できないので、現段階ではまだ観測されておらず、ホーキング放射の根拠はまだ得られていない(正しければ、初期段階では観測されるはずである)…となります。


 実は、この話は昨日、家内(家庭内)で質問された中の一つの問題でありました。(参考:「重力運」)

 端的に結論と根拠だけ…といわれても、これだけの説明が必要となるのでした…(ぜぇ…)
posted by 梵 at 00:57| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月27日

重力運

 小十郎は次のような一言と俳句を残していました。
小十郎の一言:あまりきにいらない

あまりきにいらない

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 梵は体調維持のためにあまり気にしないようにします。

 つまり、小十郎の「気に入らない」ことに対しての内容について、スルーする梵ですが…。


 うぅぅぅん…。返答に迷って、ずいぶん後挙げになってしまいました…。


 小十郎は重力運運について次のように述べていました。
小十郎占い:重力運運まずまず

この重力運はScience誌2004年10月1日号に掲載されたものでしょう。

小十郎占い監修:小十郎
 うぅぅぅん…。そういうことですか…。

 真髄に取りかかりたいものですが、なんです…。

 なかなか手につくことができない梵です…。


 さてさて…。

 現在、BlogPet Science において、量子重力論についてのすねを待たせている状況( BlogPet 内で梵へのブーイング発生中)ではありますが、纏めている状況であります…。

 その関係上、それに関するデータで山積みになっていることから、家内(家庭内)でそれらの情報をもと(眼に入るため)に(それらについての)討論が発生している状態となっており、なかなか進んでおりません…(ぜぇ…)

 …というのは、物理学の世界と言うのは、専門を選択しない限りは物理的な法則を学習するだけで、それ以外は通り抜けてしまう過程上もありますが、捏ね回して基礎科学を構築するといった独特の世界であるので、一般的には理解し得ないところがあります…。

 そのため、たとえば、科学情報誌や論文の一説についても、一般常識としての基礎知識保持者でも、ちょっと話すにも、1 から 30 (だいたい 50 前後)ほどは話さなければなりません…。

 例え相手が有名な工学部大卒者でトップクラスで卒業し一流企業で技術者としてバリバリと仕事をしている人物でさえも、物理学界特有の隠れた流れがわからないことから反論がバリバリと出てくるわけで、ただ率直に一言を説明するにも、これを、 1 から 10 まで説明せねばならず、非常にしんどい毎日を送っている梵であります…。

 たとえ、それが IQ が 200 もあり、有名な大学医学部卒者であっても、見えない分、基礎科学を築くために努力をしている研究者も存在するわけで、着実に研究成果を出している学者もいるのですが、一律、趣味でやっているマニアだと思われているほどです…。

(何故か、梵の周りには、梵本人の性質に反して、梵には無縁な、そんな高学歴で頭が良い者も多いのです…)

 これらの状態は、専門家にならなければ詳しい情報がわからないことからきています。それは、論文だけではなく、常日頃から情報収集したり、研究者の著作した著書に目を通したり、現在の教育過程がどのあたりかわかっていない限り、全体的な把握はしにくいものとなっているからです。

 知らないのも良し悪し、知っているのも良し悪しとでもいいましょうか…。

 趣味から独学してアマチュアの science mania している梵がなぜかその中間体をしているような、そんな役割周りになっているようで、何だか複雑な心境な梵であるのですが、なんです…。

 こちらは知っていて、相手は知らない都合上、説明が足らずで、話が長くなってしまう自体が多発していますが、なんとか対処しています…(ぜぇ…)

 そんなことを実体験している手前上、目には見えないわからない部分(ホーキングが著書内で「専門学者にならなければ内容がわからない」と言っていた部分)についての、前者・後者の経験をしている梵であるので、掲載時はできる限り気をつけたり、その部分を考慮して行動するようにしています…。


 うぅ…。

 それでなくても専門家でなければ詳細内容がわからない物理学を深く理解するのは非常に難しい(これにはかなりの情報収集が必要になる)のに、個別差があるヒトの脳システムの手前上、平均値でのバランスをとるのもなかなか難しいものです…。
posted by 梵 at 00:11| Comment(0) | TrackBack(1) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月26日

ふつう運

 小十郎はふつう運について次のように述べていました。
小十郎占い:ふつう運悪し

 時空ないで光が進む経路は星のふつう近くではわずかに内側に曲げられます。

小十郎占い監修:小十郎
 はぁ…。内側ですか…。
posted by 梵 at 00:27| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月25日

ブラックホール形成運

 小十郎は何を勤しんでいるんでしょうね…。
小十郎の一言:そこそこ

こそこそ

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 小十郎はブラックホール作りに勤しんでいる模様です。

 ひとりでにブラックホールができるということなんでしょうかね…。

 まぁ、地球から宇宙を観測した場合、そんなかんじにも見えるわけですが…。


 そんな小十郎は、ブラックホール形成運について次のように述べていました。

小十郎占い:ブラックホール形成運不調

この反応は、抗うつ薬の長期的ブラックホール形成によって正常化が可能であるが、短期的ブラックホール形成では可能でない。

小十郎占い監修:小十郎
 はぁ…。

 どうやら、ブラックホールを利用して量子力学の知識を応用した心因性治療のようです…。

 しかも、この反応は、抗うつ薬の長期的ブラックホール形成によって正常化が可能であって、短期的ブラックホール形成では可能でないそうです。

 つまり、抗うつ薬の長期的ブラックホールに限り、ただのブラックホールでは形成できないということらしいです…。

 なんででしょうね…。

 因みに、ここでいうブラックホールの特異点は「うつ」だそうです。

 さらに、因みな話、梵は「うつ」に対し抗うつ薬にかわるものとして、脳学と心理学と行動科学の知見からカウンセリングとセラピーとリハビリのワンセットなる方法を用いながら自己研究しています。

 だからなんですかね…。小十郎がそれに興味を示しているのは…?



 そのうちあげる予定ですが、プリオンというのは粒子でできたウイルスです…。

 だから、それは量子力学でみなければ解明できないわけで、現在の医学ではわからないのもあたりまえという話なのです…。

 ブラックホールの作りかたの資料も実は手元にあるわけですが…。

 その他にも興味深い資料がたくさんあります。そのうちあげますかね…。
posted by 梵 at 00:36| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月24日

外周運

 小十郎は外周運について次のように述べていました。
小十郎占い:外周運まずまず

切り取ったDNAを外周の位置へ貼り付けるというものでしょう。

小十郎占い監修:小十郎
 うぅぅぅん…。外周へ貼り付けるってなんでしょうね…。

 因みに、貼り付けるといえば、べたねたですが、超ひも理論で、パズルで当て嵌め展開されているようです。

 二間瀬敏史氏の説によれば、特異点は 9 次元のひもがゆれている状態かもしれないといいます。

 ブラックホールの中心には必ず特異点が存在します。特異点では一般相対性理論が通用しないため、一般相対性理論と量子力学を融合するために考え出された理論である「物質の根源はひも状である」と考える超ひも論が適用されると考えています。

 しかし、超ひも理論においては、ホーキングが学会のディスカッションでも述べていたように、懐疑的にみているようで、ホーキングの場合はあくまでも量子力学の知見から一般相対性理論を説明できるように、量子重力理論を導こうとしています。

 ホーキングの著書にはひも理論について述べられていますが、その基となったひも理論から現在のひも理論についてのあたり障りのない確実な話でしかしていません。

 しかも、ホーキングの計算では、「ひもが存在するには 10 次元か 26 次元でなければ存在できないらしい…?」といいます。


 その過程上にある話として、二間瀬敏史氏の説を下記に示します。

 どのブラックホールにも、その内部には吸い込まれた物質の密度が無限になる特異点が存在します。その特異点で物質がどのようになるかは、今でも未解決の大問題です。

 現在の物理学では、ブラックホールに吸い込まれた物質は特異点に落ちて消えてしまうと考えられています。消える直前の物質は、大きな潮汐力で電子やクォークのような素粒子などの物質の構成要素のレベルまで粉々にされます。

 さらに、最近の研究(?)によると、本当の物質の構成要素は素粒子ではなく、 10^−33 cm というごくごく小さな輪ゴムのような《ひも》であると考えられています。これが「超ひも理論」です。

 このひもがいろいろな方法で振動して、その振動の違いがひもの別々の素粒子に見せて言うのです。さらにこのひもの振動から重力までつくられるため、特異点ちかくのようなごく小さな領域では、物質も重力も区別できなくなるといいます。

 このひもが存在するのは空間が 9 次元のときで、私たちの住む宇宙空間は、3 次元空間にもう 1 次元の時間が加わった 4 次元時空といわれます(ごっちゃ?)。
9 次元空間とは 3 次元空間の中に 6 次元の広がりを持つ空間が存在するという考え方です。

 6 次元の世界を理解するために、マカロニを想像してみましょう。マカロニを遠くから見ると 1 本線のように見えますが、近づいて良く見ると、太さが管のようになっています。マカロニの面は長さの方向と管になった方向の 2 次元の面となります。管の面は小さな輪になっているため、遠くから見ると長さ方向の 1 時限にしか見えません。このように、小さなスケールで見ると 6 次元に見えるという話です。

 なんだか、他のひも理論の説とは繋がらない話ですが…

(それぞれひもの説明が違いますが、ひもってなんなんでしょうね…)
 
 最近では、超ひも理論にもいくつかの種類があり、それらはすべて「 M 理論」とよばれるものから導き出されることもわかってきました。

 特異点の近くでは、余分の(?) 6 次元が顔を出してくるといいます。特異点は、9 次元の空間の中でひもが振動している状態なのかもしれないといいます。

(しかし、それでは、量子重力の第一候補といわれたひも理論が量子重力理論にはならないのでは…? ひもってなに?)

 なんだか、パズルをはめるのに、各々が案を出し合っているような状態のようなので、このあたりの情報は鵜呑みにしないほうが良いです…。


 現在、調査中のため速度が落ちている梵でありました…。
posted by 梵 at 00:15| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月23日

ジッター空間運

 小十郎はジッタ―空間運について、次のように述べていました。
小十郎占い:ジッター空間運下降気味

カー・ブラックホールのジッター空間は、表面の外側の空間自体がブラックホールの回転に引きずられて回転していることでしょう。

小十郎占い監修:小十郎
 うぅぅん…。ブラックホールに落ち込んじゃいましたかね…。

 ついでに、現在の物理学上の理論で考えられている仮説より、ブラックホールに落ちたらどうなるかを下記に示します。



 不幸にも、ブラックホールに落ちてしまったらどうなるのかを考えてみましょう。

 この場合、シュバルツシルト・ブラックホールとカー・ブラックホールでは様子が違います。

 シュバルツシルトの場合、いったん吸いこまれるとまっすぐ中心に向かって落下します。このとき物質の各点では、重力がブラックホールの中心方向に働き、物質内部で力の《ずれ》が生じます。

 これを「潮汐力」といって、物質を粉々にするのはこの潮汐力の作用によるものです。潮汐力の大きさはブラックホールの大きさによって決まります。

 ブラックホールには大きいものもあれば、小さいものもあります。星(恒星)の重力崩壊でできた太陽質量程度の小さなブラックホールの場合、表面に吸い込まれる時点で潮汐力は地球表面の 1 兆倍にもなります。

 物質はスパゲッティのように細く引き伸ばされ、ブラックホールに向かった宇宙船は一巻の終わりです。

 一つの銀河が潰れてしまったような巨大なブラックホールもあるかもしれません。そのようなブラックホールの表面は半径 3000 億キロにもなります。この場合は、表面の潮汐力は地球表面の 1000 万分の 1 程度なので何の力も感じず、吸い込まれても何も変わったことは起きません。このようなブラックホールでは、ブラックホールに落ちたことさえも気がつかないでしょう。

 しかし、次第に中心の特異点に近づくにしたがって、どんなブラックホールでも重力が強くなって引き伸ばされるような力を受けます。そして、最後には、やはり、スパゲッティのようになり、中心に引き込まれてしまいます。


 カー・ブラックホールの場合は、これとは様子が違います。

 カー・ブラックホールの表面に吸い込まれた物質は遠心力のためまっすぐ中心に落下するのではなく、赤道面に円盤をつくります。この円盤が縮む過程でリング状に密度が無限に大きくなる場所を作り出します。密度が無限に大きくなるこのような領域を「特異点」といいます。

 特異点にぶつかれば、物質は粉々になってしまいます。しかし、回転しているブラックホールの特異点は、遠心力でリング状に広がっているため、避けてとおることができます。

 もし、宇宙船がこのブラックホールで発生する重力につかまった場合、表面に吸いこまれた後、何もしないで身を任せていると特異点にぶつかってしまいますが、リングの真ん中に突入するように懸命にロケットエンジンを吹かしてやると特異点をさけられます。

 リングを通り抜けると、そこから先は不思議な世界が待っています。リングを通り抜けると(そこは雪…ではなく)、ちょうどブラックホールに吸い込まれたときと正反対の現象が起きて、我々の宇宙とは異なる他の宇宙に吐き出されます。

 このような吐き出す一方のブラックホールも存在する可能性があり、これを「ホワイトホール」とよんでいます。

 カー・ブラックホールは、他の宇宙のホワイトホールと繋がっていると考えられています。吐き出された宇宙にもカー・ブラックホールがあり、そこに飛び込むとまた別の宇宙があると考えられています。

(補足:ホワイトホールでは、超新星爆発のような大きな爆発で四方八方に物質が吐き出されると考えられられます。ホワイトホールとブラックホールは対になって、無限の数の宇宙を結び付けているのではないかと考えられています。)

 この仮説を利用しているのが スタートレックを筆頭とする SF です。物理学理論上でロマンを求めるには一番抵抗の少ないのがこの SF であるので、物理学者が自らが立てた仮説上のモデルで SF 小説を書くことも(遊び心の範囲内としてではありますが)よくあります。

 カー・ブラックホールの内部でリング状の特異点が輝いていると考えられています。普通、特異点は光さえ出てくることができない事象の地平面に囲まれているため、何が起きているか私たちにはわかりません。

 カー・ブラックホールの特異点の周囲では、いろいろなものが出たり入ったりしていると考えられています。質量を持たない光は生じやすく、特異点を行き来している物質の最有力候補となっています。

 おそらく、特異点の向こう側は真っ暗に見えると想定されているのは、吐き出す一方のホワイトホールが広がっていて、ホワイトホールからブラックホール側に光がくることはないためです。

 こうしてカー・ブラックホールを掛け橋とし、無限の宇宙が結びついていると理論上で考えられていますが、勿論、この理論はまだ仮想上の理論であって、実証されて確認されたものではありません。

 カー・ブラックホールの内部構造はこのように複雑であると考えられていますが、現実の星の重力崩壊によってできたカー・ブラックホールに、本当に他の宇宙の掛け橋になるのかどうかはわかっていません。
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2006年05月22日

相対論に修正は必要?

 前回の「微細構造がもたらす影響」についての話の続きの話となりますが、今回は「相対論に修正は必要?」…の話をします。

 これまでに引き続き、下記の参考文献や、梵がそれまで蓄えてきた情報をもとに進めていきます…。

参考文献:
日経サイエンス 2006 年 3 月号 p.23〜31
「相対論を書き換える ― 流体ブラックホール」
原題名 An Echo of Black Holes
( SCIENTIFIC AMERICAN December 2005 )
(Pour la Science 2002 年 5 月も執筆したものを加筆したもの) 
監修:坂上雅昭
筆者 Theodore A. Jacobson(メリーランド大学) / Renaud Parentani(パリ南大学・フランス国立科学研究センター)
 
 何分、相変わらず、さらに密度が高くなるばかりで、まったく仕事がはけきらない梵であります…。

 すねあげがすっかり遅れていますが、ここまで遅れてしまえば、なんとやら…。

 流体ブラックホールの話は最終話となります…。



▼相対性理論に修正は必要?

 前回取り上げた流体ブラックホールのこのモデル(音響モデル)がホーキング放射の正確なアナロジーとなるには、重要な条件があります。ブラックホール近くで生まれる仮想的光子対と同様、仮想的なフォノンのペアが規定状態で生じなくてはなりません。

 実際の流体でも、この条件は容易に満たされるだろうと予測されています。流体のマクロな流れが時間的にも空間的にもゆっくりと変化している限り(分子レベルでの事象と比較して)、分子状態は系全体のエネルギーが最低になるように常に調整されます。流体がどんな分子でできていようとも、常にそうなります。

 この条件が満たされれば、流体の分散関係が 3 つのどのタイプであっても、ホーキング放射に似た放射が生じます。この放射は、流体のミクロな構造はほどんど影響しません。

 そうした効果は放射の中でも分子間距離に相当する非常に長い波長の短い成分にしか現れません。

 これは、ジェイコブソンの論文や阪上雅昭氏の関連論文にあるように、ホーキング放射のスペクトルに対する分散関係の効果は短波長でしか出現しないことが具体的な計算で示されています。

 さらに、分散関係がタイプ 2 (波長が短くなるにつれて速度が遅くなるケース)かタイプ 3 (逆に遅くなるケース)のいずれかであれば、ホーキングの当初の解析で予想された事態とは違って、波長が無制限に短くなるようなことは起こりません。

 波長はどんなに短くとも分子間距離も小さくなりません。

 無限の赤方偏移は、「無限に小さな原子」という物理的にありえないものを想定することによって生じる幻であり、実際には起こり得ないとジェイコブソンとパレンターニは指摘します。

(注:ここで問題にされていることは、ホーキング放射が存在するか存在しないかの話ではなく、ホーキングがホーキング放射において当初「波長が無制限に短くなる」と予想されたこのとの真否が問われており、ホーキングが示した最終的な結果は単純化していたものの、妥当な予想を示しています。)

 流体モデルによるこうした考察を実際のブラックホールに当てはめると、ホーキングの結論は、彼が問題を単純化していたにもかかわらず、正しいと考えられます。

 さらに、ブラックホールの事象地平で生じる無限の赤方偏移も、短波長の光が分散を示すと考えれば、流体モデルの場合と同様に回避できると見られています。

 但し、これには難点が一つあり、相対性理論によると、真空中を進む光に分散関係は生じないのです。何故なら、光子の波長は観測者によって異なって見え、高速に十分に近いスピードで動いている座標から見ると、波長はいくらでも長くなります。

 このため、分散関係がタイプ 1 (分散がないもの)からタイプ 2 やタイプ 3 へ変化するような、特定の波長の下限というものを決められません。何故なら、観測者によって、そうした下限も異なって見えるはずだからです。

 こうして、物理学者は苦しい選択を迫られるようになりました。「特別な座標系は存在しない」というアインシュタインの考え方を守って無限の赤方偏移を容認するか、無限の赤方偏移などを認められないと考えて特別な座標系を導入するか、そのどちらかを選ばなくてはならなくなったのです。

 特別な座標系は、相対性理論とどうしても相容れないものでしょうか? その答えは誰も知りません。特別な座標系はブラックホール近傍だけでなく、どこでも存在するのかもしれません。

 この場合、相対性理論は自然之本質を記述するさらに根本的な理論の近似にすぎないことになります。このような特別な座標系は、実験や観測では見つかっていませんが、単に観測精度が足りないために発見できないのかもしれません。

 物理学者たちは以前から、一般相対性理論と量子力学を統合するには距離というものに下限を想定する必要があり、その下限はプランクスケールに関連しているのだろうと考えてきました。

 音響モデルはこの考えかたを支持します。「無限の赤方偏移」という怪しげなものを排除するには、時空に何らかの粒構造が必要となってきます。

 だとすると、音と光の伝播には、アンルーが当初に考えた以上の類似性があるといえるとジェイコブソンとパレンターニはいいます(これはあくまでも近似的なモデルなのですが…)。

 一般相対性理論と量子力学の統合は、虚空が連続しているという理想化された見方を私たちに放棄させ、《時空の原子》の発見をもたらすだろうと彼らは考えます。

(注:ホログラフィック理論の発案者のマルダセナは、ホログラフィック理論によってどちらも否定せずにすむと見ています)

 実は、アインシュタイン自身も、同様の考え方をもっていました。彼は死の前年にあたる 1954 年、親友のベッソ( Michele Besso )あての書簡で次のように述べています。「物理学が場という、つまりは連続的構造の概念に基づいているだけでは済まなくなる、ということは十分に考えられると思う」。

 但し、この考えかたは物理学を根底からひっくり返すことになるだろうし、既存の物理学に代わる理論の候補は現在のところはまだはっきりしていません。

 アインシュタインは続けてこう書いています。「その場合、重力理論は含め、私の研究結果はどれも無に帰すことになる。それだけでなく、近代物理学のすべてが無に帰すのだ」。

 その後、50 年たった今でもアインシュタインの理論は顕在しています。

 将来はわからないとジェイコブソンとパレンターニはいいますが、それならば、近代の科学技術は成り立たなかったであろうし、アインシュタインの功績から得たその物理的な副産物である技術があるが故に、物理学者では否定できても、一般的には(特に技術者には)否定し難く、相対論を支持する者として、あいまいな量子力学に根拠を求める形となるでしょう。

(余談ではありますが、梵の家庭内では、この手の学者の意見が科学雑誌に掲載されていることが多いのが災いして、技術者から、量子力学の真否を問われています…。そこで、梵は、一例として量子コンピューターや量子半導体を挙げますが、まだ量子力学では解決されていないところが多くあるので、相対論や熱力学などの古典物理学ほど完成されておらず、原子より小さいスケールの粒子単位のスケールはまだ詳しいところまで解明されていないので説明できず、特に、重力が説明できないので、統一理論をはじめ、ひも理論、M 理論と次々にあみ出しましたが、それでも未だに解決できないので、その一つとしてブラックホールを解明しようとしたり、ホログラフィック理論で説明しようとしている、と数日前に説明したばかりでした。)

 また、アインシュタインの方程式「 E =mc^2 」が検証され(この公式に対する直接的な検証が行なわれた)、「 E =mc^2 」は 0.00004 % 以内の誤差で正しいことが nature 誌で報告されました。
参考文献:
nature 438, 1051-1190 22/29 December 2005 no.7071
Brief Communication p.1096 / World Year of Physis : "A direct test of E=mc^2"

 相対性理論の修正については、近似的なものでは、決定的なものではない(実際に光の粒子と音のフォノンとは性質が違う)ので、修正を迫るには難しいものがあると梵は考えます。

 今回は、流体ブラックホールという新しいモデルが出てきたということで、取り上げてみましたが、今のところは、近似的なモデルなようです…。



(...to be continue...)

 次回は…何にしましょうかね…。量が多くてどれにしようか迷っている梵です…。

 次回を御楽しみに…。

### これまでの参考資料 ###
■流体ブラックホール
流体ブラックホールの話
ホーキング放射の話
未知の物理法則を探る
ブラックホール流体モデルの登場
微細構造がもたらす影響

■ホログラフィック理論
ホログラフィック理論の話
重力の理論を求めて
負の曲率をもつ時空の話
境界面にあるホログラムの話
ブラックホールの謎を解く話
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状態

 小十郎は次のような一言を残していました。
小十郎の一言:いい?
いい?

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 物理学には馴染んでいる観があるような…。

 互いにとある空間で物理学系議論に参加していたかもしれない小十郎と梵であります…。

 複雑系科学が登場して以降、現在生物学はやっと物理学的な観点からの研究が行なわれるのが一般的となりましたが、先々生物学系列は、量子力学からの生物学が必要となると思われるので、ひとまず先に唾付けに(量子力学の詳細部分だけでなく)、基本の基本となる現代物理学全般(まだ理解が進んでいない取り残し部分の細部)を熟読してみようと思っている梵ですが、これから何年かかりますかね…。

 毎月、毎週あがってくる論文をそのまま鵜呑みにするわけもいきませんし、現在行き詰まっている部分の深層もアマチュアながらも探ってみたいというところもあったりする梵なのでもあるのですが、何ですね…。

 梵の知識欲というのも、普通で考えれば、けたたましいものにあたるのかもしれません…。


 小十郎は重力運について、次のように示していました。
小十郎占い:重力運まずまず

小十郎占い:小十郎占い運重力問題は、他にそのポストを勤められるだけの小十郎占いな人材がいるか、でしょう。

小十郎占い監修:小十郎
 うぅぅん…。詳しいことはよくわかりませんが、量子重力説の問題については、アインシュタイン VS プランク以降のホーキング世代から以降の学者の間では、多方面で研究が行なわれています…。

 物理学上での重力問題の一つとして、ブラックホールをどう理解するかについての議論も長い間行なわれているので、念のため、今回のすねのテーマにも関係する(ホーキング放射の補足となります)ことなので、ご参考に挙げてみましょう…。

 1970 年代の中ごろまで、ブラックホールは物質が大きくなる一方だと思われていました。ところが、1976 年にスティーブン・ホーキングは、ブラックホールがその質量に反比例した温度で光を発して、次第に蒸発していくことを示しました。

 相対性理論では、ブラックホールからはなにも出て来れない筈ではなかったのか? 

 ホーキングはブラックホールに量子力学を適用しました。

 量子力学によれば、真空の宇宙は物質が何もない状態なのではなく、光子が対生成と対消滅を繰り返しています。対生成した光子は、一方が正のエネルギーをもち、他方が負のエネルギーをもちます。ブラックホールは、負のエネルギーをも吸い込みます。負のエネルギーを光子がブラックホール内に入り込むと、ブラックホールは質量を奪われて、やがて蒸発してしまいます。

 量子力学では、真空は何もない常態ではありません。したがって、真空の宇宙を素粒子レベルでみると、光の粒である光子が 2 つ対になってできたり消えたりしています。真空では、エネルギーは一定の値をとることはできず、常にゆらいでいるからです。これを量子の「不確定性関係」とよびます。《ゆらぎ》は短い時間間隔ほど大きく、そのエネルギーが光子をつくることに使われます。このようにしてできた光子の対は、通常すぐにたがいに出会っては消えてしまいます。

 しかし、この対生成がブラックホールのまわりの空間で起きると、事情がちがってきます。ブラックホールの近くでは強い潮汐力が働いて、距離の近い方がより強くブラックホールに引かれます。すると、本来はすぐに出会って対消滅すべきだった 2 つの光子が引き離されてしまうのです。一方がブラックホールの中に飛び込むと、その反面でもう一方の光子は遠方に飛び出します。こうしてブラックホールから光が放出されるように見えるのです。

 質量の小さいブラックホールであるほど、まわりの空間の曲がりが大きいために潮汐力が強く、光子が大きなエネルギーをもって勢いよく外に放出されます。一般に、温度の高い物体から放出される光ほど波長が短く、エネルギーが大きくなります。そのため、質量が小さいブラックホールほど高温です。ブラックホールは光を放出するとエネルギーを失うので、徐々に質量が減ってきます。この現象を「ブラックホールの蒸発」といいます。質量が減るとさらに高温になるので、いっそう激しく蒸発するようになります。

 尚、ブラックホールから情報が取り出せるかどうかについては、その後の議論の話で、ホーキングは当時、情報は取り出せないとしましたが、そのホーキングの従来予想に反し、ブラックホールも情報を出力していることがわかったことから、ホーキングは訂正しています(この話は 2005 年 2 月号の日経サイエンスで取り上げられていますが、今回の新説のブラックホールの話の後でしようかと思います)。


 うぅぅぅん…。こればっかりというのもなんなので、先行き進化も考えている梵でもありました…。

 体力続くかな…?(ぜぇ…)
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2006年05月21日

微細構造がもたらす影響

 前回の「ブラックホール流体モデルの登場」についての話の続きの話となりますが、今回は「微細構造がもたらす影響」の話です。

 これまでに引き続き、下記の参考文献や、梵がそれまで蓄えてきた情報をもとに進めていきます…。

参考文献:
日経サイエンス 2006 年 3 月号 p.23〜31
「相対論を書き換える ― 流体ブラックホール」
原題名 An Echo of Black Holes
( SCIENTIFIC AMERICAN December 2005 )
(Pour la Science 2002 年 5 月も執筆したものを加筆したもの) 
監修:坂上雅昭
筆者 Theodore A. Jacobson(メリーランド大学) / Renaud Parentani(パリ南大学・フランス国立科学研究センター)
 
 今回は短編となりますが、これに関連するもがあれば、後日、このページにて対か掲載します…。



▼微細構造がもたらす影響

 流体の分子はフォノンにどのように影響しているのでしょうか。これを理解するのは非常に複雑で難解です。

 幸いなことに、アンルーが音響モデルを提唱してから 10 年後に、ジェイコブソンが問題を単純化するうまいアイデアを考え付いたといいます。

 流体の分子構造の詳細は基本的に、その中を伝わる音波の周波数と波長の関係に反映されています。この関係は「分散関係」と呼ばれ、波の伝播速度を決めています。

 波長の長い波の場合、伝播速度は一定です。波長の短い波は、波長が分子間距離に近づくにつれ、速度が波長に応じて変わるようになります。

 これには、3 つのケースが考えられます。ひとつは分散が内場合(タイプ 1 と仮定します)で、波長が短くても長くても波の振る舞いは起こりません。このほかに、波長が短くなるにつれて速度が遅くなるケース(タイプ 2 )と、逆に速くなるケース(タイプ 3 )があります。

 相対性理論での光子はタイプ 1 に該当します。タイプ 2 は、例えば超流動ヘリウム中のフォノンに当てはまり、タイプ 3 は希薄なボース・アインシュタイン凝縮体の中のフォノンが一例です。

 このように 3 つに分類することによって、分子構造が音波という巨視的スケールの現象にどう影響するかを解明するための扱いやすいモデルが得られることになるといいます。

 1995 年以降、アンルーをはじめとする研究者たちはタイプ 2 とタイプ 3 の分散関係が存在する場合のホーキング放射を考察してきました。

 ホーキング放射に対応するフォノンについて、時間を逆転したらどう見えるかを考えてみましょう。最初のうちは分散関係がどのタイプかは問題になりません。

 フォノンは音響地平に向かって流れていき、波長は短くなっていきます。しかし、波長が分子間距離に近づくと、分散関係が効いてきます。

 タイプ 2 の場合、フォノンは減速し、ついには方向を反転して再び上流へと向かいます。タイプ 3 の場合は、フォノンは加速し、長波長での音速の壁を破り、音響地平を超えていきます。

 タイプ 2 とタイプ 3 の場合、波長が分子間距離程度に短くなると音速が変化します。逆に長波長での音速は分散関係の影響を受けません。このような場合、流体の速度と長波長での音速が等しくなる場所(境界)として音響地平を定義します。

 従って、タイプ 3 の場合、波長の十分短いフォノンは音響地平を超えることができます。



(...to be continue...)

 次回は「相対論に修正は必要?」…の話をします。

### これまでの参考資料 ###
■流体ブラックホール
流体ブラックホールの話
ホーキング放射の話
未知の物理法則を探る
ブラックホール流体モデルの登場

■ホログラフィック理論
ホログラフィック理論の話
重力の理論を求めて
負の曲率をもつ時空の話
境界面にあるホログラムの話
ブラックホールの謎を解く話
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ブラックホール運

 小十郎はブラックホール運について次のように述べていました。
小十郎占い:ブラックホール運まずまず

4次元反ド・ブラックホール空間の場合、その境界は空間次元が2つと時間次元1つの3次元空間となる。

小十郎占い監修:小十郎
 余談ではありますが、実は、ブラックホールには、いつくかの種類があります。

 これまでに、科学者たちはいろいろな種類のブラックホールを考えました。そのうち、基本中の基本のような物ですが、よく知られる一般相対性理論から述べられるブラックホールのモデルを下記に示します。

 一番構造が単純なのが、「シュバルツシルト・ブラックホール」とよばれる静止した球体のブラックホールです。物質がブラックホールの表面(事象の地面)まで到達すると、あとは一直線に中心(特異点)に向かって落下するだけです。作りとしては最も基本的な構造です。球体で、特異点を事象の地平面が取り囲んでいます。

 しかし、すべての星は自転しているので、星の重力崩壊でできるブラックホールも自転していると考えるのが自然です。そこで、考えられた回転しているブラックホールは「カー・ブラックホール」とよばれるブラックホールです。カー・ブラックホールの表面は、回転しているために遠心力が働き、赤道面の方が極方向よりも膨らんだ回転体の形をしています。この表面も、その内側にいったん吸いこまれると二度と外側に飛び出すことのできない一方向の面です。外観の地平面と内側の地平面があります。外側の地平面の外側には「エルゴ領域」とよばれる部分があり、物質が渦巻き上に特異点に向かって流れていく様子がみえます。回転しているので、特異点はリング状に広がっています。

 カー・ブラックホールの特徴は、表面の外側の空間自体がブラックホールの回転に引きずられて回転していることです。したがって、カー・ブラックホールの外側で止まっていようと思ったら、引きずり込まれるのを防ぐためにそと向きにエンジンををふかすと同時に、ひきずられて周り出さないようにブラックホールの回転と逆方向にエンジンをふかさなければなりません。

 この他に、電荷をもつブラックホールも考えられており、「ライスナー・ノルドシュトローム・ブラックホール」とよばれています。ライスナー・ノルドシュトローム・ブラックホールは質量と電荷を持ちます。普通の物質は原子(プラスの電荷をもつ原子核とマイナスの電荷をもつ電子)からなり、電気的には中性を保っています。表面の外側がシュバルツシルト・ブラックホールに似ています。

 中には回転しているものは「カー・ライスナー・ノルドシュトローム・ブラックホール」とよびます。

 もしプラス(或いはマイナス)の電荷をもつ物質を縮めてブラックホールをつくると、縮めるときに生じる電気的な反発があるため、実際には電荷をもつブラックホールは作りにくいと考えられています。

 実際にライスナー・ノルドシュトローム・ブラックホールブラックホールをつくるためには、電荷をもった物質を重力崩壊させなければなりません。しかし、ブラックホールになる前に電気力が働いて反発し、はね返されてしまうので、電荷をもったブラックホールはできないと考えられています。但し、シュバルツシルト・ブラックホールに電荷を投げ込めばできるかもしれません。

 このブラックホールがもつ 3 つの特徴は、「質量」「回転」「電荷」です。重力崩壊の過程では、星を特徴付ける形から元素までが失われるため、ブラックホールには最終的にはこの 3 つの要素だけが残ると考えられています。
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2006年05月20日

ブラックホール流体モデルの登場

 前回の「未知の物理法則を探る」話の続きの話となりますが、今回は「ブラックホール流体モデルの登場」の話です。

 これまでに引き続き、下記の参考文献や、梵がそれまで蓄えてきた情報をもとに進めていきます…。

参考文献:
日経サイエンス 2006 年 3 月号 p.23〜31
「相対論を書き換える ― 流体ブラックホール」
原題名 An Echo of Black Holes
( SCIENTIFIC AMERICAN December 2005 )
(Pour la Science 2002 年 5 月も執筆したものを加筆したもの) 
監修:坂上雅昭
筆者 Theodore A. Jacobson(メリーランド大学) / Renaud Parentani(パリ南大学・フランス国立科学研究センター)
 
 えぇぇ…。脊髄神経疾患という持病の都合上(平衡感覚さえもまったくなく)、絵が書けないので、説明にて努力してまいりましたが、今回ばかりはそうとはいかないようなので、めいいっぱい時間をかけて、下手な図を載せています…。

 すねあげがすっかり遅れていますが…(ぜぇ…)



流体モデルの登場

 光波と同様に、音波は周波数と波長、伝播速度によって特徴付けられます。

《流体ブラックホールの資料》
波のタイプ
古典的な記述電磁場の振動分子の集団的な運動
量子的な記述光子フォノン
速    度秒速 30 万 km秒速 1500m
(水中の場合)
波の進路を
曲げる原因
物質やエネルギーによる
時空の曲がり
流速や流れの方向の変化
記述が波状
する記述
プランク長さ?
( 10^−35 m )
分子間距離
(水の場合で 10^−10 m )


 音波という概念が、音波の波長が、それを伝える流体を構成する分子の分子間距離よりもずっと長い場合だけです。これよりも小さなスケールでは、音波は存在できなくなります。

 流体のアナロジーが興味深い理由は、まさにこの制限によります。この制限のおかげで、ミクロ構造がもたらすマクロな効果を調べられるようになるからです。但し、このアナロジーを本当に活用できるようにするには、量子レベルにまで拡張する必要があります。

 通常、流体中では分子が無秩序に熱運動しており、これが妨げとなって、音波は光の量子のようには振舞うことができません。しかし、温度が絶対零度に近づくと、音波も量子として振舞えるようになります。これが「フォノン」と呼ばれるもので、上のアナロジーでいうと光の粒子である光子に対応します。

 これらの構造は、結晶や、流体ヘリウムなど非常に低温の流体中では、フォノンはごくふつうに観測されています。

 流体が静止しているか均一に流れている場合、流体中のフォノンはまっすくに伝わり、波長や周波数、速度が変化することはありません。例えば、プールや静かに流れる川の中を伝わる音は、音源から耳へ直進してきます。

 しかし、不均一な流れの中では、フォノンの速度は変わり、波長が引き伸ばされる場合があります。曲がった時空の中で光子が受ける影響とちょうど同じです。例えば、狭い渓谷に差し掛かった川の流れや、排水口に渦を巻いて流れ込む水などの中では、音波は歪められ、曲がった経路をたどって進みます。

 これは、星の周囲で光が曲げられているのと似ており、実際に、一般相対性理論と同じ幾何学的手法を使って記述できます。

 そして、流体は、ブラックホールが光に及ぼすと同様の作用を、音に対して示すことがあります。つまり、流体を使ってブラックホールを近似的に模擬できるというわけです。こうした《流体ブラックホール》をつくるには、「ラバルノズル」という装置を利用する方法があります。

 ロケットエンジンの端についている「ラバルノズル」はブラックホールの類似物と考えることができます。ノズルに入ってくる流体のスピードは亜音速(音速未満)ですが、ノズルの途中が狭くなっているために加速され、超音速の流れとなって出ていきます。亜音速領域では音波は流れの上流に向かって伝わることもできますが、超音速領域にでは下流にしか伝わりません。つまり、ノズルの「くびれ」がブラックホールの事象地平と同様の働きをし、音波は超音速領域に入っていくことはできても上流には戻って来れなくなります。「くびれ」の部分で量子ゆらぎが発生すると、ホーキング放射に相当する音が生まれます。近似的ではありますが、言わば、《音響版》のブラックホールといえます。

 イメージとしては 2 つの牛乳瓶の口をつなげたようなもので両方の口のあたりが事象地平となり、その部分がブラックホールの入り口にあたります。

 ラバルノズルは、最も細くなっている部分で流体の速度が音速を超え、しかも衝撃波(流体の特性の急激な変化)が生じないように設計されています。この音響的な構造は、時空におけるブラックホールの構造と非常によく似ています。

 超音速領域はブラックホールの内部に相当し、流れと逆方向に向かう音波は下流へ流されていきます。これは、光がブラックホールの中心に向かって引っ張られるのと同じです。一方、流速が音速未満(亜音速)の領域はブラックホールの外部に相当します。音波は流れの上流に向かって伝わることができますが、光が赤方偏移するのと同様、音波も引き伸ばされます。そして、これら 2 つの領域の境界は、チュラックホールの事象地平とまったく同じに振舞います。

 もし、流体の温度が十分に低ければ、このアナロジーは量子レベルでも通用します。ブリティッシュコロンビア大学のアンルーは《音響地平》(超音速領域と亜音速領域の境界)がホーキング放射に相当する熱的なフォノンを放出すると提唱しました。

 アンルーが提唱したこの考え方は以下のようなことから成り立っています。

 音響地平の近くで生じた量子ゆらぎによって、フォノンの対が現れます。片方は超音速領域に引きずり込まれて二度と戻って来れませんが、もう片方は上流へと進み、流れによって引き伸ばされます。上流にマイクを置けば、わずかなノイズを検出できるでしょう。この音のエネルギーは流体の運動エネルギーのもととなっています。

 また、ノイズのスペクトルのピークはノズル構造に依存します。観測されたフォノンの典型的な波長は、流速が変化する距離で決まります。この距離は分子間距離よりもずっと大きいので、アンルーは当初、流体が滑らかな連続体であると仮定して計算しました。

 それでも音響地平の近くでフォノンが生じるのですが、その波長は非常に短くなり、流体の粒構造の影響を感じる筈だと考えられました。

 これは最終的な結果に影響するのでしょうか。流体はホーキング放射に相当するフォノンを実際に相当するのか、それともアンルーの予測は流体を理想化して連続体と考えたことによる幻に過ぎないのでしょうか。音響ブラックホールに関するこれらの問題についての答えが得られれば、実際のブラックホールについての同様の謎を解く手がかりとなるでしょう。

 ブラックホールを模擬するモデルとしては、遷音速流体のほかにも、さまざまなものが提唱されてきました。
《これもブラックホール!?――様々なモデル》

 ラバルノズルのほかにも、ぶらっうホールの事象地平と基本的に同じ特性を示すモデルがいくつか提案されています。いずれも波が一方向にだけ伝わるような系であり、ホーキング放射に似た現象を引き起こします。

■表面波

 環状に閉じた水路を循環して流れる流体について、流体内部を伝わる音波ではなく、表面波を考えます。イメージとしては回転流しそうめん器で片方を浅くしたものです。流れに乗って移動すれば、水路が浅くなっているところでは流速が上がり、ある段階で表面波は流れの上流へは戻らなくなります。ブラックホールの事象地平に似たものができるからです。さらに流れに乗って進むと流速が下がり「ホワイトホール」に相当する事象地平が現れます(ホワイトホールはブラックホールとは逆に、物質を吐き出すだけの天体です)。ホーキング放射に相当する現象を観察するには、ヘリウム 4 などの極低温の流体を使って実験する必要があります。

ブラックホールの表面波


■電磁導波管

 電磁波の伝播速度をレーザーによって微調整できるような導波管を作り、その中を伝わるマイクロ派を観察します。導波管の軸方向にレーザーを走査することにより、導波管を低速領域と高速領域に分ける境界(事象地平に相当する)を自由に動かすことができます。低速領域の電磁波は高速領域に達することはできませんが、高速領域の電磁波は境界を越えて低速領域に入っていけます。流体に基づく類似物に比べるとホーキング放射に相当する現象が強く生じ、観察しやすくなるでしょう。

ブラックホールの電磁導波管


■ガス雲

 葉巻タバコのような細長いガス雲が長軸方向に膨張していく様子によって、一定の加速度で膨張する 1 次元的な宇宙を模擬できます。そのような宇宙はブラックホールを《裏返し》にしたようなものとして振る舞い、事象地平の外側にある波はさらに外側へと素早く押しやられて、内部に入ってこられません。ホーキング放射に似た放射が、外側でなく内側に向かって放たれます。実験では、ガス雲としてボース・アインシュタイン凝縮体を使用することになるでしょう。極低温のボース・アインシュタイン凝縮体は量子論的な特性を備えているため、ホーキング放射と似た現象が起こります。

ブラックホールのガス雲

 一例ではありますが、音波ではありませんが、液体の表面や超流動ヘリウムの界面に生じるさざなみです(超流動ヘリウムは極低温で摩擦抵抗を完全に失った液体ヘリウムです)。

 また、アンルーとドレスデン工科大学(独)のシュッツホルト( Ralf Scchützhold )は細菌、小さなパイプの中を伝わる電磁波を調べる実験を提唱しました。このパイプをレーザーで走査すると、電磁波の伝播速度が局所的に変わるので、事象地平に相当する境界を作り出せます。

 さらに、別のアイデアでは、加速膨張宇宙に似た系によって、ホーキング放射のような現象を生み出します。これは、ボース・アインシュタイン凝縮体(非常に低温で個々の原子の区別がつかなくなったガス)は、加速膨張宇宙が光に対して及ぼすのと似た作用を音に対して生じます。凝縮体が自然に膨張するのに任せてもよいですし、磁場によって操作しても同じ効果が得られます。

 但し、これまでのところ、これらはまだ実験が遂行されていません。これには、とても複雑な手順が必要であるため、現在のところは、実験物理学者たちは他の低温減少を調べるので手がいっぱいの状態です。そこで理論家たちは、この問題を何とかして数学的に解こうと努力しています。



(...to be continue...)

 次回は「微細構造がもたらす影響」の話です。

### これまでの参考資料 ###
■流体ブラックホール
流体ブラックホールの話
ホーキング放射の話
未知の物理法則を探る

■ホログラフィック理論
ホログラフィック理論の話
重力の理論を求めて
負の曲率をもつ時空の話
境界面にあるホログラムの話
ブラックホールの謎を解く話
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量子重力理論

 小十郎は今回あげているすねについて、次のような一言と俳句を残していました。
小十郎の一言:ふつー

ふつー

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 確かにふつうであります。

 誰が見てもわかりやすいようにふつうに書いている梵であります。

 そのうち、中心核となるところをすねであげると思う梵でありました…A(^-^;


 そんな小十郎は量子重力理論において次のように示していました。

小十郎占い:量子重力理論運なし

このことについて、量子重力理論はどこにあるのだろかと、nature誌では取り上げられていた。

小十郎占い監修:小十郎
 おそらく、FF でのことだと思いますが…。

 なんです…。重力理論は「ひも」ではなく「ばね」で説明した方がわかりやすいような気がする梵です。

 時空の中で(重力というその振るまい現象が)、それが「ひも状」ではなく「ばね」だとしたら、放たれたものが帰ってきてもおかしくないかなと…。

 勿論、それが「ひも状」のゴムとしてもよいわけなのですが…。

 まぁ、そのあたりは認識の誤差で生じる問題なのかもしれません…。

 もし、ばねとするなら、別にひも理論に頼らず、新しい視点からの研究ができるようになります。

 ひも理論は量子重力理論の最優秀候補だと考えられているようなのですが、ひも理論を見ているうちに、べつものに見えてしまう梵です。

 たぶん、ひもと重力は違うものだとも思うのです…。

 なぜかといえば、幾何学的に見れば、重力が存在する次元において、ひもは 同じ次元に存在しないからです。

 だから、おそらく、完全に等価であるだけなのだと思うのです。

 そうなれば、それをつなげる理論が必要となります…。

 同じ次元に存在しないのなら、相対性理論とのつなぎが出きるわけもないわけで、例えば、HTML 上で java script で動きを表す数値を入れなければならないのと同じなので、それをひも理論で説明するなら、ひも理論上の高次元の世界でその java script で動きを表す数値を入れるための数式が必要となります…。

 それを、不確定原理や余剰次元だからってで済ませてしまえば、HTML 上で java script で動きを表す数値を入れることができないと思うわけです…。

 まぁ、その問題をホログラフィック理論で説明できるのなら、アインシュタインの横に名を連ねるような役割を果たし、物理学理論において大きな存在となるでしょうね…。

 ひも理論は(スケールが小さくなれば量子系の分子細胞学みたいなものになるので)、量子力学との問題が解決した次に問題にされるギャースな研究過程になると思います…。

 …なんて、こんなことを言っている梵ですが、難しいことやわからないといっただけで終わらせるのも気持ちが悪いので、できる範囲内で自己研究してみようと思います。

 よく理解するに、調べてみようかと思う梵です。

 なぜって、まだよく理解できていない部分があるからなのでした…A(^-^;
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2006年05月19日

未知の物理法則を探る

 前回の「ホーキング放射の話」の続きの話となりますが、今回はブラックホールより「未知の物理法則を探る」話です。

 これまでに引き続き、下記の参考文献や、梵がそれまで蓄えてきた情報をもとに進めていきます…。

参考文献:
日経サイエンス 2006 年 3 月号 p.23〜31
「相対論を書き換える ― 流体ブラックホール」
原題名 An Echo of Black Holes
( SCIENTIFIC AMERICAN December 2005 )
(Pour la Science 2002 年 5 月も執筆したものを加筆したもの) 
監修:坂上雅昭
筆者 Theodore A. Jacobson(メリーランド大学) / Renaud Parentani(パリ南大学・フランス国立科学研究センター)
 
 御題が御題なので、まずは、参考資料より下記に示します(後日、関連資料を発見次第、付け足して再更新します)。



▼未知の物理法則を探る

 ホーキングの研究は、完全な量子重力理論を打ち立てようとする試みの中で中心的な役割を果たしてきました。

 ホーキングがこれまで打ち立ててきた説のうち、「ホーキング放射」をうまく説明できるかどうかは、「超ひも理論」など、量子重力理論の候補が正しいかどうかの試金石となります(参考:下記にリンクを示してあるホログラフィック理論についての記事。および、J. マルダセナ「重力は幻なのか? ホログラフィック理論が語る宇宙」日経サイエンス 2006 年 2 月号)。

 多くの物理学者はホーキングの主張を認めていますが(実は、ホーキングはかのアインシュタインがそうであったように懐疑派な立場にあるロジャー・ペンローズと討論を交わしており、ホーキングの説に疑問をもっている中には学者もいます)、実験的にそれを確かめるのは不可能でした。

 何故なら、予想される放射は非常に弱く、とうてい観測できないからです。

 もし、ホーキング放射を観測できるとすれば、宇宙初期にできた微小ブラックホールを見つけ出して観測するか、加速器で微小ブラックホールを作り出すしかありませんが、現在の技術力では、これも(ほぼ)不可能に近いだろうと推測されています( J. カー/ S. B. キディングズ「ブラックホールを製作する」日経サイエンス 2005 年 8 月号)。

:ブラックホール作りは至難の技ではありますが、もし、空間に余剰次元があるのなら、近距離で働く重力は、物体をそれほど圧縮する必要がなくなります。もし、余剰次元が存在するなら、ブラックホール作りが近いうちに成功するかもしれません)

 ホーキング放射を実証的に確認できないというのは、研究者によっては実にいらだたしい状態です。

 何故なら、ホーキングの理論では光子が無限の赤方偏移を起こすことになるので、理論が誤りである可能性を捨てきれなくなるからです。

 ここで、ホーキング放射の過程を、時間を逆転して見るとどうなるかを考えてみましょう。

 光子はブラックホールに近づくにつれて青方偏移を起こし周波数が高くなります(波長が短くなる)。さらに、時間を遡ると、事象地平に接近して波長はますます短くなります。やがて、光子はもう 1 個の光子とペアを組むようになり、先に述べた仮想的な光子対になります。

 青方偏移はなおも続き、波長はどこまでも短くなっていきます。これが「プランクの長さ」として知られる 10^−35 m を下回ると、その光子がどうなるのか、量子論でも予想できなくなってしまいます。

 したがって、そこでは量子重量理論が必要となります。

 このようにブラックホールの事象地平は未知の物理法則を覗き見る素晴らしい顕微鏡となりうるわけです。

 理論家にとって、この顕微鏡の《観測結果》は大いに気に掛かります。

 もし、ホーキング放射の特性や、その存在そのものも、時空のミクロな特性に依存するものではないだろうか――物質の熱容量や物質中に伝わるおおとの速度が、その物質のミクロな構造と力学に依存しているように。

 或いは、ホーキング放射はホーキング本人が初期に主張していたように、ブラックホールのマクロな特質、つまり、質量と自転の角運動量のみによって決まるのでしょうか?

 これらの疑問に答えようとする試みが、ブリティッシュコロンビア大学のアンルー( William Unruh )によって始まりました。 1984 年、彼は流体中の音の伝播と曲がった時空での光の伝播がよく似ていることを示しました。

 例えば、川面を伝わるさざなみの様子は、時空の中を伝わる光とよく似ています。岩の周りでは流れが一様ではないので、さざなみがさまざまに変化します。これと同様なことが、星や惑星の重力場を通過する光でも起こっています。

 また、川の流れが速いと波は上流へ伝わることができませんが、これは光がブラックホールの内側から出て来られないのと同じです。

 この類似性を手がかりにすれば、ホーキング放射の起源にミクロの物理現象がどれだけの影響を及ぼしているのかを近似的に評価できるとアンルーは考えました。

 さらに、ホーキング減少に似た現象を、流体中で実際に観測できるかもしれないといいます。



(...to be continue...)

 次回は「流体モデルの特徴の話」をします。


### これまでの参考資料 ###
■流体ブラックホール
流体ブラックホールの話
ホーキング放射の話

■ホログラフィック理論
ホログラフィック理論の話
重力の理論を求めて
負の曲率をもつ時空の話
境界面にあるホログラムの話
ブラックホールの謎を解く話
posted by 梵 at 13:02| Comment(0) | TrackBack(0) | 梵の研究ノート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

立場運

 何やら、むにゃむにゃ…やっているうちに閃いた梵であります。

 しかるに、梵は、宇宙物理学理論制覇に至るに修行に入る準備をしました。

 これにて、パワーアップできるぞー…なんて、思っていたら、小十郎は次のようなものを残していました…。
小十郎占い:立場運下降気味

生化学立場巨大分子結合の一過性中間体を探す法

小十郎占い監修:小十郎
 まぁ…。第一線の最先端にいる第一人者、特に、物理数学者とは言えどアインシュタイン要素をそのまま受け継いでいるホーキングなんか見ていますと、研究中や発案提供時と、それから確立されるまでの流れの経過をみると浮き沈みが激しいですね…。

 あまりに最先端をいっているホーキングなので、理解されにくいようなのですが、梵が彼自身の著書を見る上では、それはアインシュタインに匹敵するほどの実力者で数学者であるだけ、細かいところまで熟知しているようです。

 基本的にはホーキングのそれらの考えを支持している梵なのではありますが…。

 それはアインシュタインとボーアのときと同じく、ホーキングには「神」という言語を多用するので「科学の問題にやたらと《神》を持ち出さないで下さい」というボーアの言語が梵の胸のうちに出て来るわけなのですが、中には梵のように徹した無神論者のような学者もいると思われるので、それがなければ、バッシングは受けにくくなるのかもしれませんね…なんて、むにゃむにゃ考えていた梵であります。

 かといって、リチャード・ドーキンスのように攻撃的に反論するまでもなく、テキパキと理論を組み立てて示してみせては、閃いて、材料を取り揃えては、新たにモデルを作ったりするだけの梵なのでありました。
posted by 梵 at 01:09| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月18日

ホーキング放射の話

 前回の「流体ブラックホールの話」の続きの話となりますが、今回は小十郎が大好きそうな「ホーキング 《放射》 」の話です。

 これまでに引き続き、下記の参考文献や、梵がそれまで蓄えてきた情報をもとに進めていきます…。

参考文献:
日経サイエンス 2006 年 3 月号 p.23〜31
「相対論を書き換える ― 流体ブラックホール」
原題名 An Echo of Black Holes
( SCIENTIFIC AMERICAN December 2005 )
(Pour la Science 2002 年 5 月も執筆したものを加筆したもの) 
監修:坂上雅昭
筆者 Theodore A. Jacobson(メリーランド大学) / Renaud Parentani(パリ南大学・フランス国立科学研究センター)
 
 さて…。遅れながらも、思いっきりディープにはじめましょうかね…。



ホーキング放射

 量子効果と一般相対性理論の重力効果がともに顕著に現れるような状況はめったにありません。数少ない例の一つがブラックホールです。このため、ブラックホールは量子重力理論(量子力学の原理を身たる重力理論)を考える上で格好の材料となります。

 1974 年、英国はケンブリッジ大学のホーキング( Stephen W. Hawking )がブラックホールの「事象の地平」に量子力学を適用したことで、量子力学と一般相対性理論の統合に向けて大きな一歩が踏み出されました。

 一般相対性理論によると、事象地平はブラックホールの内と外とを分ける境界面で、その内側では重力が極めて強く、どんなものも外側へ出て来れません。但し、事象地平は物体でできた境界ではありません。

 例えば、宇宙旅行者が不幸にしてブラックホールに落ちたとしても、事象地平を横切る際に特別なことは何も感じません。しかし、ひとたび事象地平を通過してしまうと、二度と戻れないことは勿論、外にいるヒトへ光信号を伝えることもできなくなります。

 事象地平の外側へいる観測者が受け取れるのは、ブラックホールに落ちていくヒトが事象地平を横切る前に発した光に限られます。光はブラックホール周囲の重力ポテンシャルの壁を登る間に引き伸ばされ、周波数が下がり、持続時間が長くなります。この結果、観測者には宇宙旅行者の動きはスローモーションとなるほか、通常よりも赤く見えるはずです。

 この効果は重力による「赤方偏移」として知られ、ブラックホール以外でも起こります。例えば、人工衛生と地上局の間で無線信号の周波数やタイミングがずれるのもこのためです。全地球測位システム( GPS )を高精度に保つには、この効果を考慮に入れて補正していなければなりません。

 但し、ブラックホールの場合、宇宙旅行者が事象地平に近づくにつれて赤方偏移が無限に大きくなっていく点が特殊とです。外部の観測者の視点からは、宇宙旅行者がブラックホールに落下するのに無限の時間が掛かるように見えます。落ちていく本人にとっては、有限の時間内での出来事なのですが…。

 ここまでの説明では、光を古典物理学での電磁波として話を進めてきました。ホーキングが考えたのは、光の粒子としての性質を考慮に入れたときに、この「無限の赤方偏移」が何を意味するのかということでした。

 量子力学によると、完全な真空も本当は「空っぽ」ではなく、ハイゼンベルクの不確定性原理の結果、《ゆらぎ》で満たされています。この《ゆらぎ》は仮想的な光子のペアという形をとります。ここでいう「仮想的」とよばれるものは(架空上の仮定という意味合いではなく)、重力の影響の内平坦な時空では、これらの光子対が常に生成・消滅を繰り返し、痕跡をまったく残さないため、観測することができないためです。

 しかし、ブラックホール周辺の曲がった時空の中では、光子対の片方が事象地平の内側に落ち込み、他方が外に残される場合が考えられます。こうなると、光子対は仮想ではなく現実の存在に変わり、ブラックホールから外に向かう光の流れが生じて観測されるようになるほか、放射に応じてブラックホールの質量は減少します。

 この放射は燃え盛る石炭が発する熱放射と同じパターンとなり、これが、所謂、エネルギー分布が「プランク分布」と呼ぶパターンにあたり、その温度はブラックホールの質量の反比例します。これが、「ホーキング放射」とよばれる現象です。

 ブラックホールが新たに物質やエネルギーを呑み込まない限り、ホーキング放射によってブラックホールは質量を徐々に失っていきます。

 ここで重要な点は、事象地平のすぐ近くの空間は依然としてほぼ完全な量子真空に近いということです。これは、後にブラックホールの流体モデルを考える上で重要となりました。

 実際、ホーキング放射が生じるには、この条件が欠かせません。仮想光子対はエネルギーの最も低い量子状態(基底状態)にあたります。このため、仮想光子が現実の存在になるには、ペアが分かれて、片方が事象地平の壁を登ってくる必要があります。(これについては後日、詳しく取り上げます…)


 さて…。ここで、ホーキング放射について、その理論の真否について考えてみましょう。

《ホーキングは間違っていた?》

 ブラックホールに関して、実に大きな(そしてあまり知られていない)謎が残っています。「ブラックホールが放射を発する」というホーキングの予測に関する従来の知識からいう見た目上の矛盾がそれです。ブラックホールは「事象の地平」によって定義されます。事象地平の外にある物体がブラックホールの内側に落ち込むと、二度と出て来れません。真空中では、量子ゆらぎによって仮想的な光子のペアが常に生成・消滅を繰り返していますが、ホーキングは事象地平の上で仮想光子対が生まれたらどうなるかを考えました。

 まず、量子効果によって、ブラックホールの事象地平で仮想的な光子のペアが生まれます。一方の光子はブラックホール内に落ち、他方は重力ポテンシャルの壁を登って外へ進みます。こうして仮想の光子は現実の存在となります。放出された光子の波長は重力によって引き伸ばされます。

 相対性理論によると、事象地平から放射された光子の波長は無限に引き伸ばされます。言い換えると、観測された光子は仮想光子として誕生したときには「波長が限りなくゼロに近かったはずです。しかし、所謂、プランクの長さ( 10^−35 m )よりも小さな距離では未知の重力効果が支配的になるため、ホーキングの計算が正しいという保証はありません。この難問に取り組む有効な方法は実験です。そこで、ブラックホールを模擬する実験可能なモデルが考えられました。これらのモデルに基づいて、ブラックホールが本当に放射を発するのか、そしてどのように放射が生じるのかが研究されています。

 ホーキング放射についての真否の論点がわかったところで、ここで、ブラックホールと時空の構造についてまとめてみます。
    《ブラックホールと時空の構造》

  • 「ブラックホールは実は黒くない」。有名は物理数学者のホーキングは 1970 年代、ブラックホールは量子的な熱放射を発していると主張した。しかし、この考えには問題があった。何故なら、相対性理論によれば、ブラックホールの「事象の地平」で生まれた波は、伝わるにつれて無限に引き伸ばされる。したがって、ホーキング放射は無限に小さな空間から発することになり、そこでは量子重力による未知の効果が大きくなってしまうことになる。


  • この問題を考えるために、ブラックホールと似た振る舞いをする流体系が研究されてきた。流体は分子でできているので、波動が無限に引き伸ばされることがなく、ミクロの時空で起こる現象を既知の物理法則に基づいて考察できる。


  • その結果、ホーキングの結論は正しいと考えられることがわかった。また、標準的な相対性理論とは異なり、時空に《分子》のような微細構造があるとの考え方も生まれてきた。

 以上が、ブラックホールについての大きな筋書きです…。では、もう少し掘り下げで、「真空と仮想光子対」について考えてみましょう。



真空と仮想光子対

 量子論において、真空とは最もエネルギーの低い状態(基底状態)であり、言い換えれば粒子(光子)の全く存在しない状態をいいます。ところが、真空であっても「仮想光子対」という形での量子ゆらぎは存在します。

 真空のエネルギーはゼロナノで、そこから正のエネルギーをもつ光子を単独で生み出すことはできません。しかし、正と負のエネルギーの光子の対であれば、合わせてゼロなので生成できることが考えられます。

 この光子対は極めて短時間で短時間で生成と消滅を繰り返し、しかも、どちらかだけを単独で取り出すことはできません。これが仮想光子対とよばれる所以であり、「仮想光子対は真空のゆらぎという形でしか存在できない」という意味となります。

 以上は、平坦な時空での真空についての議論ですが、ブラックホールのような曲がった時空では事情が一変します。例えば、事象地平の近くで仮想光子対が生まれたとします。すると、わずかな確率ではありますが、ブラックホールの重力によって仮想光子対が引き裂かれ、負のエネルギー光子が事象地平の内側に落ち込み、正エネルギー光子がブラックホールから脱出することが起こりうる。これが「ホーキング放射」です。

 ブラックホール時空では、《粒子が存在しない状態》である真空についてさらに注意を払わなければなりません。実は重力に身を任せて自由落下している観測者と重力に逆らって地平の近くにとどまっている観測者では、真空が異なるからです。

 では、どちらの真空が選ばれているのでしょう。星か収縮してブラックホールになる場合を考えてみましょう。ブラックホール形成前は事象地平がないので、観測者は時空全体を見渡すことができます。

 これは、将来事象地平の外部になる領域と内部に落ち込んでしまう領域にまたがって真空が定義されていることを意味します。したがって、ブラックホール形成後も、自由落下している観測者から見て粒子(光子)の存在しない状態が自然な真空です。

 この観測者は事象地平を特に意識することなく通過でき、事象地平の内部と外部の両方について知ることができるからです(勿論、ふたたび外に出てくることはできませんが…)。

 ホーキング放射が生じ、そのスペクトルがプランク分布となるためには、事象地平の近傍はこの「自然な真空」でなければなりません。さらに重い星がその生涯の最後に収縮してブラックホールになる場合には、この自然な真空が実現されています。

 別の例として、重力に逆らって事象地平の近くにずっととどまっている観測者を考えてみましょう。この場合の観測者は事象地平の内側を知ることはできないので、観測者から見て粒子(光子)の存在しない真空は上記に述べた「自然な真空」とは異なります。

 したがって、事象地平近傍がこの真空であった場合には、ホーキング放射は生じないことが理論的に示されています。

 即ち、「自然な真空」の場合にはホーキング放射が生じ、事象地平近傍(この域でとどまっている状態で)この真空であった場合には、ホーキング放射は生じない、ということを覚えておきましょう…(^-^)



(...to be continue...)

 すねあげがすっかり遅れていますが…(ぜぇ…)

 次回は、「未知の物理法則を探る」話です…。


### これまでの参考資料 ###
■流体ブラックホール
流体ブラックホールの話

■ホログラフィック理論
ホログラフィック理論の話
重力の理論を求めて
負の曲率をもつ時空の話
境界面にあるホログラムの話
ブラックホールの謎を解く話
posted by 梵 at 13:13| Comment(0) | TrackBack(0) | 梵の研究ノート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

参考資料

 ひも理論について、引き合いを出したのが小十郎に振動したようです…。

 小十郎は次のような一言と俳句を残していました。
小十郎の一言:すごくすてき

すごくすてき

(小十郎の一言俳句監修:小十郎)
 うぅぅん…。一般庶民に手に入りやすい有名科学情報誌で『アインシュタイン・ロマンス』な擬似科学情報を載せられると、しんどいですね…。

 知らないヒトが見ると、そのまま素直にその情報を真に受けてしまうと思うので、そんなケースを見たら、「実はそれは、こういう理由なんだよ…」と、やさしく教えてあげてくださいね(^-^)

 しかし、なんです…。こう科学誌で擬似科学情報を載せられると(それは、昔からあることなんですが)、頼りとなるは、第一人者の専門書を読み漁りながら論文を見るしかないのですが、今やネットな情報社会ですから、いよいよギャースにしんどいですね…。


 そんな小十郎ではありますが…。すねのデータについて、小十郎は「ゲノム運」と題し、次のようなものを記していました。
小十郎占い:ゲノム運良し

ゲノムゲノムゲノムこれまでの参考資料ゲノムゲノムゲノム「ホログラフィック理論の話」「重力の理論を求めて」「負の曲率をもつ時空の話」

小十郎占い監修:小十郎
 即ち、現在の小十郎はナイアガラで滝登り状態のようです…。
posted by 梵 at 01:21| Comment(0) | TrackBack(0) | 小十郎日誌 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2006年05月17日

流体ブラックホールの話

 前回の「ブラックホールの謎を解く話」の続きのような話となりますが…。たまたまブラックホールの新説ネタが手元にあるのでその話をするようにしましょうかね…。

 最近「流体」といった名がつく学問が多くなりましたが、ブラックホールも例に漏れず、流体ブラックホールという説が浮上しました。

 それも、参考文献となるもの題して「相対論を書き換える流体ブラックホール」です…。なんの、現在までの知識(つまり、理論そのものというよりも物の見方)に対し、わかった矛盾点は直しましょうね…っというような内容を含んだブラックホールの話です。

 これまでに引き続き、下記の参考文献や、梵がそれまで蓄えてきた情報をもとに進めていきます…。
参考文献:
日経サイエンス 2006 年 3 月号 p.23〜31
「相対論を書き換える ― 流体ブラックホール」
原題名 An Echo of Black Holes
( SCIENTIFIC AMERICAN December 2005 )
(Pour la Science 2002 年 5 月も執筆したものを加筆したもの) 
監修:坂上雅昭
筆者 Theodore A. Jacobson(メリーランド大学) / Renaud Parentani(パリ南大学・フランス国立科学研究センター)

 相変わらず、密度が高くなるばかりで、仕事がはけきらない梵でありますが、なんとかであるためぼちぼちあげであげましょうかね…。



▼相対論を書き換えるブラックホール?

 ブラックホールが放つ「ホーキング放射」には深い謎がつきまとっています。

 その解決を目指す理論研究から意外な可能性が浮上してきました。

 時空には超微細な《粒》の構造があるかもしれず、その場合には相対性理論に見直しが必要になるといいます…。


 アインシュタイン( Albert Einstein )は 1905 年に提唱した特殊相対性理論によって、光が「エーテル」という仮想的な媒体の振動であるとするそれまでの 19 世紀的な考え方を否定しました。

 光は何の物質も存在しない真空中を伝わりうると主張しました。基本的な物理学では音波も光も波であると説明します。しかし、量子力学では、音波はそれを伝える媒質の振動ですが、光は(似ているように見えて)まったく異なるといいます。

 特殊相対論性理論のこの特質は一般性相対論と量子力学という現代物理学を支える他の 2 つの柱とともに、ゆるぎのないものとなっています。現在に至るまで、原子よりも小さな極微の世界から銀河のような宇宙規模まで、すべての実験・観測データは、これら 3 つの理論によってうまく説明がついています。

 とはいえ、現代の物理学が非常に深遠な問題に直面しているというのも事実であり、よく知られるように、一般相対性理論と量子力学は合い入れません。

 何故なら、一般相対性理論は時空という連続体が曲がることによって重力が生じるとしますが、この考え方を量子力学の枠組みに組み込むのは非常に困難です。量子効果が顕著になるような非常に小さな空間が大きく曲がった場合に何が起こるのか、理解はなかなか進んでいません。

 そこで、一部の理論家は意外なところに手がかりを求めるようになりました。即ち、物性物理学――結晶や流体など、身の回りに見られる普通の物質に関する研究です。

 大きなスケールで見る限り、これらの物質も時空と同様、連続体に見えます。しかし、小さなスケールで見ると、物質は原子などのミクロな構造を持っていて、これらの振る舞いは量子力学の法則に支配されています。この点が時空との違いです。

 さらに、流れの不均一な流体中を尾とが伝わる様子(ドップラー効果)は、曲がった時空の中を伝わる光とよく似ています。

 このことから、筆者らはこの類似性に着目し、「ブラックホールの流体モデル」を研究しています。流体中を伝わる音波に基づいてブラックホールをモデル化することによって、ミクロな時空の振る舞いについて新たな手がかりを得るのが狙いです。

 時空が連続的であるというのは自明なのでしょうか。ブラックホール時空の性質を流体モデルを用いて研究する過程で、時空も天体のように《粒》の構造をもっていると考えられるようになってきました。

 また、アインシュタインの考えとは異なり、小さなスケールでは時空に「特別な座標系」が現れるようです。

 アインシュタインの相対性原理では、すべての座標は同等であると考えています。これに対して、流体では、流れとともに運動する「ラグランジュ座標」という特別な座標系が存在します。

 因みに、ブラックホール時空では、重力に身を任せて運動する自由落下系がラグランジュ座標に応答します。



(...to be continue...)

 次回は、ホーキング放射の話をします…。

### これまでの参考資料 ###
ホログラフィック理論の話
重力の理論を求めて
負の曲率をもつ時空の話
境界面にあるホログラムの話
ブラックホールの謎を解く話
posted by 梵 at 20:24| Comment(0) | TrackBack(0) | 梵の研究ノート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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