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未来からアインシュタインへの手紙

私たちはタイムトラベルを信じていませんし、神秘主義にも興味がありません。しかし、アルバート・アインシュタインに手紙を書いて、重力とブラックホールについて数段落で伝えることができたらどうでしょうか?この手紙のようなものを書きます。

スティーブン・ガブサーとフランス・プレトリウス
プリンストン大学物理学部
2017 年 7 月

アルバート様、

まず、あなたは最高です。誰もが知っている唯一の物理方程式は E です =MC . 時間 雑誌はあなたを世紀の人に指名しました。アインシュタインのジョークはもはやあまり語られなくなりました。なぜなら、誰もがオチが 1 マイルも離れたところから来るのを見ているからです。私たちは膨大な数の核兵器を持っていますが、まだ爆破していません。実際、第二次世界大戦の終わりに投下された原子爆弾は、意図的に人を殺すために使用された唯一の爆弾です。

LIGO と呼ばれる大きな装置が、10 億年以上前に発生したブラック ホール衝突からの重力波を検出したため、最近、私たちは一般相対性理論とブラック ホールに非常に興味を持っています。私たちはブラック ホールについての本を書きました。あなたがシュヴァルツシルトの解法に深く興味を持っていて、その物理的な重要性についてよくわからないこともあると知っていたので、あなたが亡くなってから 60 年以上にわたって何が起こっているのかをお話ししようと思いました。の上。

まず、シュヴァルツシルトの解には事象の地平線と呼ばれるものがあります。その後ろに行ってしまうと、光速を超えないと二度と出てきません。シュヴァルツシルトの解の形を思い出すと、半径がニュートン結合の係数まで質量に等しい場合に奇妙な特徴がいくつかありました。特に、メトリックの時間と時間の部分が消失します。これを経過関数と呼んでいます。それが事象の地平線です。シュヴァルツシルトの解は、半径がゼロになったときにも奇妙な特徴を持っています。私たちの最良の理解は、これらの奇妙な特徴が、ジオメトリ自体が崩壊する時空の特異点を示しているということです。シュバルツシルトのブラック ホールに入ると、必ず特異点に遭遇しますが、次に何が起こるかはわかりません。「次」という言葉が適切かどうかもわかりません。

あなたが亡くなってから 20 年ほどの間に一般相対性理論に関するすべての研究が行われたことを、あなたが見ていたらよかったのにと思います。ジョン・ウィーラーはその中心にいた。 (そして、私たちは彼を知っていました! 彼は 2008 年まで住んでいて、プリンストン大学で私たちと一緒に過ごしました。) 彼は、シュヴァルツシルトのソリューションと関連する測定基準を説明するために「ブラック ホール」という用語を広めました。 Roy Kerr という名前のニュージーランド人は、回転するブラック ホールを説明する Schwarzschild 計量の一般化を発見しました。これは非常に複雑な指標です。これは、星が崩壊する際の最終状態を表しているため、重要です。星の角運動量は常にゼロではありません。

宇宙にたくさんのブラックホールがあることは今ではかなり確信しています。 Chandrasekhar、Tolman、Oppenheimer、および Volkoff が 30 年代に言ったように、あまりにも多くの質量を組み合わせると、それを保持することはできません。正確な数を把握するのは難しいですが、星が核燃料を使い果たした後、約 3 太陽質量が残っていると、星は崩壊してブラック ホールになります。さらに驚くべきことは、銀河の中心にもっと大きなブラック ホールがあることです。天の川銀河の中心には、約 400 万個の太陽質量を含むブラック ホールがあります。私たちはあなたの足を引っ張っていません!現代のコンセンサスは、多くの銀河の中心にもっと大きなブラック ホールがあり、おそらく数十億の太陽質量を含んでいるということです。これらのブラック ホールがどのように形成されたかはわかりませんが、天の川の場合、個々の星の軌道をたどり、ブラック ホールの重力の影響を見ることで、その存在を確信できます。

LIGO による重力波の検出は素晴らしかったです。 LIGO は 1 辺が 4 km の大きなマイケルソン干渉計です。 LIGO はレーザー干渉計重力波観測所の略です。レーザーはこれらの驚くべき単色光源であり、金属を溶接するために使用できるほど焦点が絞られて強力ですが、非常に安価であるため、針の代わりに現代のレコード プレーヤーに組み込むことができます。空飛ぶ車はまだありませんが、レーザーはとても便利です。とにかく、LIGO は本格的な科学実験の準備をしていたところ、ほぼ偶然にこの完璧な重力波形を見つけ、2 つのブラック ホールの合体を説明するテンプレートに一致させることができました。 30太陽質量。

一般相対性理論は、時空が実質的に細断されつつあるブラック ホール近くの強い場の領域と、重力波が時空を滑空する最もかすかなささやきである遠方場の領域を記述することに成功しているため、誰もが再び一般相対性理論に感銘を受けています。

長い道のりを歩んできたあなたのアイデアのもう 1 つは、宇宙定数です。あなたはそれをあなたの最大の失敗と呼んでいましたが、私たちは今、それがあなたの場の方程式に対する小さな修正として存在していると考えています.それは実際、大きな長さのスケールで重要です。宇宙の全エネルギーのなんと 70% が宇宙定数、または少なくとも私たちが「暗黒エネルギー」と呼んでいる非常に振る舞いの激しい何かから来ていない限り、天文学者は膨張する宇宙の最近の進化を説明することはできません。それがとても好きです。宇宙定数を最初に導入したときに期待したように宇宙を静的に保つのではなく (気を引き締めてください)、暗黒エネルギーが宇宙を指数関数的膨張の軌道に乗せ始めています。別の方向に進むと、統一理論の探求は、負の宇宙定数を持つ時空に関する集中的な研究につながりました。負の宇宙定数を持つ 5 次元の一般相対性理論は、時空の 4 次元境界に関する量子論と自然につながります。まるで量子論が一般相対性理論の射影であるかのようです!

私たちは今、量子論が正しいことを確信しています。 (ごめんなさい。) スティーブン・ホーキングという名前の英国の物理学者は、非常に低い温度ではあるが、ブラック ホールが放射を放出することを量子論が意味することを示しました。ブラック ホールはまた、場の方程式の解としてはほとんどユニークであるにもかかわらず、非常に大きなエントロピーを持っています。気分が良くなるとしたら、ポドルスキーとローゼンと一緒に書いた論文は重要であることがわかりました。最近では、その論文に関連するアイデアを使用して、量子力学的コンピューターを構築しようとする人さえいます。

プリンストン大学の教授の多くはもうネクタイを着用していませんが、私たちのほとんどは靴下を履いています.カーネギー湖は相変わらず美しい。船員の姿はあまり見られませんが、湖のほとりにワシが巣を作っています。統一場の理論はまだ解明されていませんが、まだ試みています。最高のものはまだ来ていません。

敬具、スティーブとフランズ

Steven S. Gubser は、プリンストン大学の物理学教授であり、 の著者です。 ひも理論の小冊子。

フランス・プレトリウスは、プリンストン大学の物理学教授です。

抜粋 スティーブン S. ガブサーとフランス プレトリウスによるブラック ホールのリトル ブック。著作権 © 2017 by Steven S. Gubser and Frans Pretorius.プリンストン大学出版局が発行し、許可を得て転載しています。

リード画像クレジット:Khakimullin Aleksandr / Shutterstock


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