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ブラックホールは死ぬとホワイトホールとして生まれ変わる

近年、ブラックホールは、高度に理論的なエキゾチックな可能性から、よく観測される天体物理学的対象へと変化してきました。観測的証拠は、ブラックホールの衝突によって生じる時空のさざ波の最初の観測や、2019年に公開されたブラックホールの最初の画像などの情報源から得られています。ブラックホールは、宇宙を最も大きなスケールで説明するアインシュタインの一般相対性理論によって予測されている。しかし、これらの物体は、最も小さなスケールでも時空を歪ませるはずであり、ブラックホールは興味深い量子特性も持っているはずである。理論家にとっての課題は、観測結果を正しく予測する「ループ」量子重力理論において、異なる相対性理論と量子力学理論を統合する方法を見つけることである。そして、これらの理論家たちは忙しくしている。過去 10 年間で、彼らはブラックホールに関するますます洗練された理論的理解を発展させ、宇宙論の最大の謎のいくつかを説明できる可能性がある。カナダのウェスタン大学の物理学者で人気サイエンスライターのカルロ・ロヴェッリとフランチェスカ・ヴィドットは、この進歩をレビューし、その驚くべき結論のいくつかを強調している。新しい研究は、ブラックホールが死ぬとホワイトホールに変わることを示唆している。無数の小さなホワイトホールがいつでも地球を通過している可能性がある。そして、これらの物体は、宇宙学者が宇宙を満たしていると信じながらも直接観測されたことのない暗黒物質の理想的な候補である。ホワイトホール天体物理学者は長い間、ブラックホールは宇宙の存続期間中ずっと変化しない大きな静的物体ではあり得ないと信じてきた。その代わりに、彼らの研究はブラックホールが進化することを示唆している。現在、ループ量子重力理論の研究により、この進化の詳細がはっきりと浮き彫りになっている。まず、ブラックホールはホーキング放射を放出することで徐々に蒸発します。これによりブラックホールの地平線は縮小しますが、内部の体積は変わりません。「これは、蒸発した古いブラックホールの地平線は小さいですが、内部の体積は膨大であることを意味します」とロヴェッリとヴィドットは言います。この縮小は、ブラックホールがプランクスケールの最小サイズに達するまで続きます。この時点で、量子エネルギー密度はそれ以上の縮小に耐えられるほど大きくなります。ブラックホールは跳ね返り、奇妙な量子的性格の変化を起こします。「蒸発の終わりに、ブラックホールは量子遷移を起こし、プランクサイズの地平線と広大な内部空間を持つホワイトホールになります」と研究者は言います。これは宇宙学者がブラックホールの「残骸」と呼ぶものであり、これらの残骸の特性を理解することは彼らの研究の重要な部分となっている。ホワイトホールは長い間研究されてきました。ブラックホールと同様に、ホワイトホールはアインシュタインの場の方程式の正当な解です。「ホワイトホールの時空は、ブラックホールの時空が単に時間を反転させたものです」とロヴェッリとヴィドットは言います。 そしてブラックホール同様、ホワイトホールも宇宙で大きな役割を果たすとは考えられていなかった。ロヴェッリとヴィドットは、この2つは本質的に結びついているため、ブラックホールの場合と同様に、この見解も変える必要があると述べている。潜在的な障害の 1 つは、ホワイト ホールを生じさせる解が不安定であることです。しかし、ロヴェッリとヴィドットは、いかなる不安定性も、安定したブラック ホールとホワイト ホールの重ね合わせの形成につながるはずだと指摘しています。いずれにせよ、その違いは主に学術的なものです。一般の観察者にとって、ホワイトホールとブラックホールの区別はつきません。ほとんどの観察者には理解できない方法ではありますが、両者の過去と未来だけが異なります。重要な疑問は、残骸がどれくらいの期間存続するかだ。ロヴェッリとヴィドットは、残骸自体の完全消滅のプロセスは非常に速く起こるはずだと指摘する。しかし、時間の遅れは、遠く離れた観測者にとっては、宇宙の寿命と同じくらいかかる可能性があることを意味する。 「高密度の質量の近くでは、時間が遅くなります」と研究者は言います。「プランク物質分布に着陸した観測者（潮汐力に抵抗できる）は、ブラックホールが蒸発を終える瞬間、ほぼすぐに遠い未来にいることに気づくでしょう。」言い換えれば、「ブラックホールは遠い未来への近道です」と彼らは言います。もしこれがすべて正しいとしたら、宇宙はブラックホールの残骸（またはホワイトホール）で満ちているはずです。そして、それらの質量は宇宙の目に見えるすべての物質に重力的な影響を及ぼすはずです。これが、残骸が暗黒物質の有力な候補である理由です。 「残骸は、新たな力や粒子、アインシュタイン方程式の修正、あるいは標準モデルを超える物理学といった特殊な仮定を必要としない暗黒物質候補です」とロヴェッリとヴィドットは言う。「一般相対性理論と量子論が一致すればいいだけです。」量子検出器しかし、このような小さなスケールでは重力の力は非常に小さいため、これらの粒子を検出するのは非常に困難です。しかし、ロヴェッリ氏とヴィドット氏は、方法があるかもしれないと言います。そのアイデアは、2つの異なる場所に同時に存在する質量を、両方の状態の量子重ね合わせで作り出すというものだ。そして、残骸が通り過ぎると、重力によって近くの質量とより強く相互作用し、重ね合わせの性質が変化する。この変化を検出すれば、暗黒物質粒子が通り過ぎたというサインとなるだろう。 これがブラックホール残骸の存在を唯一示すものかどうかは、まだ決まっていない別の問題である。しかし、重要な点は、この種の実験が今日ではほぼ可能になっているということだ。 これらすべてが、この分野を物理学の興味深い分野にしています。そして、物理学者がブラックホールの衝突やその他の量子重力現象のより詳細な観察を収集するにつれて、この分野は変化する可能性があります。ですから、この分野に注目してください。ブラックホール、ホワイトホール、プランク星は、天体物理学で最もクールなものになるでしょう (まるで、他の何かであったかのように)。参照: プランク星、ホワイトホール、残骸、プランク質量準粒子: arxiv.org/abs/2407.09584 #ブラックホールは死ぬとホワイトホールとして生まれ変わる