みなさん、ご機嫌いかがお過ごしでしょうか
こんにちは！ サヘランです
同じ時間でも、スマホのデジタル時計でみるのと壁にかかっているアナログ時計でみるのでは、感覚がちがってみえたりします。
以前に、砂時計ならぬ光時計の図で捉えると相対性理論的な時間の遅れ「浦島効果」が分かりやすいという記事を書きました。
今回は、同じく相対性理論の「重力の効果」を図で捉えると、その最大的効果の「ブラックホール」まで分かりやすくなるということで記事にしてみました。
それではみなさん、しばしのお付き合いのほど
「宇宙論」の舞台は、硬い石舞台からトランポリンの舞台に変わった！
アインシュタインは「相対性理論」で、時空はニュートンが考えたような硬い石舞台では決してなく、トランポリンのように、へこむ舞台であることをしめしました。
トランポリンの上にボールを置いたときトランポリンがゆがむように時空は質量(=物質エネルギー)の 存在によって曲がっています。
２つの物体に働く重力は、あたかもこのゆがんだトランポリンの上で2つ のボールが互いに引き合うのと同じようなこととして理解できます。
相対性理論から予測される空間のゆがみは、宇宙空間を直進する星の光の進路をも曲げるので、その事実があるならば観測できます。
太陽は極めて大きな質量があるため、その近くに見える恒星の位置を測定することで検証できます。
直進する光は、空間のゆがみに沿ってすすむので、見かけの位置が異なって観測されますが、この挿絵では、理屈を示すために極端に描いているので、実際の空間のゆがみはごく微小なものです。
理論が発表された1916年からわずか3年後、エディントン(イギリスの天体物理学者) によるブラジルとギニアに派遣した観測隊が太陽の近傍の恒星を観測できるチャンスの皆既日食を利用し、写真撮影用の望遠鏡で撮影しました。
帰国したエディントンが顕微鏡を使って写真を比較したところ、日食のさなかには、星の見かけの位置が移動していることが確認されました。
実験の成功は1919年11月7日に発行されたロンドン・タイムズで報じられ、物理学の世界の中だけで有名だったアインシュタインを、世界的に有名な存在にしていきます。
我らがアインシュタインの予言の精度が認められて若くも世界に名をとどろかせた、瞬間だったのですね！
「ブラックホール」では宇宙のトランポリンが破れて穴があいている！
宇宙がトランポリンのように、へこむ舞台であること（＝宇宙論）を知らしめたアインシュタインの相対性理論ですが。
そこでは、物質は床が重みでゆがむことも考慮して演舞しなければならいということです。
それどころか限度を超えて重いと、この舞台の床は実際に抜けてしまうことになり、これがブラックホールということなのです。
トランポリンに穴が開いていると、そこから何でも落ちて視界から消えるように、ブラックホールは何でも吸い込んでしまいます。
うん～っ、普通に考えてこれは困った存在ですよね（汗）
しかしながら、たとえば天の川銀河の中心部には、超巨大なブラックホールが有りその引力で、銀河全体の遠心力を受け止めているようです。
そして小型のブラックホールでも、強力な重力レンズとして光を屈折するので、天体としてのそれらは皆既日食と同様にレンズ効果などの観測が続けられています。
「浦島効果」とは別の過去へと旅する「ワームホール」の”タイムマシン”
以前の記事にしたように「浦島効果」の効果はまさに未来にタイムトラベルすることでした！
関連記事はブログカードからご覧ください。
反対に、過去へとタイムトラベルすることは大変難しいように思われていました。
ところが、1949年アインシュタインのプリンストン高等研究所の同僚だったゲーデル（K.Goedell）は時間がループ状に閉じた宇宙のモデルをアインシュタイン方程式を解くことによって求め出します。
時間がループ状に閉じているとは、時間は直線のように過去から未来にまっすぐ延びているのではなく、未来がいつか過去につながってしまうということ！過去へとタイムトラベルが可能であるということでもあり、発見当時アインシュタインもおおきく動揺したといわれています。
2017年ノーベル物理学賞受賞した、米国の物理学者キップ・ステファン・ソーン（Kip Stephen Thorne、1940年～）は、二つの異なる場所を結ぶ、通行可能なワームホールを考えます。
ワームホールは２つの異なった空間を結ぶブラックホールのトンネルのような時空です。
そしてこのワームホールのＢの入り口を光速に近い速さで振動させると、相対論から静止している入り口、Aの近傍の時間に比べると振動している入り口Bの時間の進み方は遅く進みます。
例えば、振動していない方の時刻がすでに４時でも、振動している方はまだ２時ということも起こり得ます。
こうしておいてこの入り口に飛び込み、静止した入口から飛び出せば、自分の腕時計の時刻は４時であるが、出てきたところの時計の時刻は２時という過去へのタイムトラベルが起こるのです！
2014年に公開されたクリストファー・ノーラン監督のSF映画『インターステラー』は物理学者キップ・ソーンが科学的な設定面での制作協力し難解な宇宙の現象を映像化、ブラックホールやワームホールを映像化したことで大変注目され話題になりました。
あなたがもし、過去に戻れたら何をしたいですか？
サヘランは、リフォームの断捨離のときに何故か無くなった、１０年物のスコッチウイスキーを無くなる前に探して持ち帰りたいですね～(笑)
すべての発想の源は、宇宙論の基礎となるアインシュタインの「重力場の方程式」
いかがでしたでしょうか、
相対性理論の「重力の効果」を模式的に図で捉えると、その最大的効果の「ブラックホール」からさらには過去へのタイムトラベルまで、その外観がお分かりいただけましたか
これらの源はアインシュタインが導き出した、重力場の方程式を解いて得られているのがスゴイですね！
（左辺は時間の進み方が変化したり空間が曲がってしまうことを表す時空の幾何学量、右辺は物質の質量・エネルギーや運動量を表すエネルギー運動量テンソルと呼ばれる量。ｃは光速度、πは円周率、Ｇは万有引力定数）
未来へ進むための光速近くで飛ぶ宇宙船や、過去に戻るためのワームホールの実現はまだまだですが、方程式の答えにタイムトラベルは禁止されていないどころか、実際に可能なのが驚愕ですよね!(^^)!
これを機会に、みなさんが過去や未来にちょっとした夢を馳せていただけたら幸いです！
みなさん、最後までご覧いただきありがとうございます
コメント