【簡単】ホワイトホールとは|ブラックホールの情報

【簡単】ホワイトホールとは|ブラックホールの情報 宇宙

「ホワイトホールって何? ホワイトホールの構造は? ホワイトホールは観測できる? ブラックホールとホワイトホールはワームホールでつながっている? 物理学って何だか難しそうだな…」

こういった疑問に物理学修士の筆者が答えます。

結論

ホワイトホールとは、ブラックホールの時間をひっくり返したような仮想の天体で、光を含むあらゆる物質を反発する性質を持っています。詳細は本記事にて解説します。

本記事の参考文献

本記事の内容

ホワイトホールとは

ホワイトホールとは

ホワイトホールとは、ブラックホールの時間をひっくり返したような仮想の天体で、光を含むあらゆる物質を反発する性質を持っています。ホワイトホールは存在が示唆されているものの、まだ未発見です。
ブラックホールは、アインシュタインの一般相対性理論から導き出されるのですが、実はブラックホールと同時に導き出されたものがこのホワイトホールなのです。 時間をひっくり返したような天体とはどういう意味かと言うと、例えばボールを投げ上げて落下するまでの様子をビデオで撮影して、普通に再生するのがブラックホールの時間の運動で、逆再生してみたものがホワイトホールの運動に該当するのです。時間が逆再生されるのはボールの運動は何ら物理法則に反していません。このように物理学では、ある現象に対して時間を反転させた現象も存在します。ちなみにすべての物理関数の中で唯一時間の逆戻りを禁止しているがエントロピーになります。
では具体的にホワイトホールがどのような性質を持っているのかというと、ブラックホールは光を含んだあらゆる物質が脱出できない天体であるのに対して、ホワイトホールは光を含んだあらゆる物質が内部にとどまることができない天体なのです。つまりホワイトホールは、その内部の特異点に集中している質量を、物質や光などとしてどんどん吐き出します。ブラックホールには事象の地平線という、これ以上光さえ脱出できない境界面があるのに対して、ホワイトホールにもこれ以上光さえ進入できない境界面があるのです。

ホワイトホールの観測

ホワイトホールの観測

アメリカの物理学者ダグラス・ アードレイが1974年に発表した研究によると,仮にホワイトホールが実在したとしても観測することはできない可能性があるとしています。
ホワイトホールは内部から物質を吐き出す天体です。普通に考えるとホワイトホールは斥力(物質と反発するような力)をもっているように思えまが、ホワイトホールが内部から物質を吐き出すのは時間反転を考えているからであって、理論上のホワイトホールはブラックホール同程度の引力をもっているのです。実はホワイトホールが引力を持っているということは、やがてホワイトホールの表面にブラックホールが形成されるので、観測することができないのです。
どういうことか順を追って説明すると、①まずホワイトホールのまわりには、内部から吐き出された 「物質や,もともと周囲にあった物質が存在します。②次にこれらの物質は、ホワイトホールから新たに噴出する物質や光などの一部も引きつれながら、ホワイトホールに引きよせられていきます。 ③しかしホワイトホールの性質上、引きよせられた物質がホワイトホールの内部に入りこむことはできないので、これらがホワイトホール表面に降り積もり全体としての質量が増します。④やがてホワイトホールの境界面に質量が増した結果、ホワイトホールの境界面にブラックホールが形成されます。
従って仮にホワイトホールが存在したとしても、ホワイトホールの境界面にブラックホールの領域ができ、観測ができなくなってしまうのです。

ホワイトホールとワームホール

ホワイトホールとワームホール

ブラックホールとホワイトホールはワームホール(どこでもドアのように一瞬で移動できる超空間の抜け道)でつながっているという研究者もいるのです。例えばブラックホールは蒸発してやがて消えてしまいます。量子力学では「情報は必ず保存される」という法則がありますが、ブラックホールが蒸発して消えた場合、中にあった情報はどうなってしまうのでしょうか?これは情報問題と呼ばれ、いまだに未解決の問題なのです。
これを解決する1つの手法としてあげらえるのが「ブラックホールとホワイトホールはワームホールでつながっている」という説です。もしつながっていればブラックホールが飲み込んだ情報をホワイトホールが吐き出すので、情報が保存されることになります。ちなみに2011年に名古屋大学などから構成される研究チームが「ワームホールの観測が可能であること」を提唱しています。ワームホールが発見されれば、情報問題が解決されるだけでなく、過去へタイムトラベルできる可能があるのです。

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