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この記事は元々ここで公開されました 会話。 出版物 Space.com への寄稿記事 専門家の声: 論説と洞察。

ワームホール これらは多くの場合、空間または時間を通過するトンネル、つまり宇宙への近道として想像されます。しかし、このイメージは物理学者のアルバート・アインシュタインとネイサン・ローゼンの研究に対する誤解に基づいています。

1935 年、アインシュタインとローゼンは極度の重力場における粒子の挙動を研究していました。 彼らが「橋」と呼ぶものを導入しました: 2 つの完全に対称なコピー間の数学的リンク 時空。それは旅行のためのルートではなく、手段として意図されたものでした 一貫性を維持する 重力と量子物理の間。アインシュタイン ローゼン橋が当初のアイデアとはほとんど関係がなかったにもかかわらず、アインシュタイン ローゼン橋がワームホールと関連付けられるようになったのは後になってからです。

しかし、中で 新しい研究私と同僚は、元のアインシュタイン ローゼン橋がワームホールよりもはるかに奇妙で、より根本的なものを指していることを示します。

アインシュタインとローゼンが取り組んでいたパズルは決して宇宙旅行に関するものではなく、湾曲した時空の中で量子場がどのように動作するかに関するものでした。このように解釈すると、アインシュタイン – ローゼン橋は時空の鏡として機能し、時間の 2 本の微細な矢の間の接続となります。

量子力学は粒子などの最小スケールで自然を支配しますが、アインシュタインの 一般相対性理論 重力と時空に適用されます。この 2 つを調和させることは、物理学の最も深い課題の 1 つです。そして興味深いのは、私たちの再解釈がそれを実現する方法を提供するかもしれないということです。

誤解された遺産

「ワームホール」の説明は、アインシュタインとローゼンの研究から数十年後、物理学者が時空の一方の側からもう一方の側への横断について推測したときに現れました。 1980 年代後半の研究で最も注目に値する。

しかし、これらの同じ分析により、この考えがいかに推測的であるかも明らかになりました。一般相対性理論では、そのような旅行は禁止されています。光の速さを超える速さで橋が崩壊し、渡ることができなくなります。したがって、アインシュタイン – ローゼン橋は不安定で到達不可能であり、ポータルではなく数学的構造です。

それにもかかわらず、ワームホールのメタファーは大衆文化や思弁的な理論物理学の中で栄えました。その考えは、 ブラックホール 宇宙の遠く離れた領域を接続する、あるいは機能させることさえできる タイムマシン -数え切れないほどの論文、本、映画に影響を与えました。

しかし、巨視的なワームホールに関する観察証拠はなく、アインシュタインの理論内でワームホールを予期する説得力のある理論的理由もありません。物理学の推測的な拡張ですが、たとえば 異質な形態の物質 または 一般相対性理論の修正 -これをサポートするために提案された構造はテストされておらず、非常に推測的です。

二本の時間の矢

私たちの最近の研究では、シュラヴァン クマールとジョアン マルトによって開発されたアイデアに基づいて、時間の現代的な量子解釈を使用してアインシュタイン ローゼン橋パズルを再検討しています。

ほとんどの 物理学の基本法則 過去と未来、左と右の区別をしないでください。方程式において時間や空間が逆になっても、法則は有効なままです。これらの対称性を真剣に受け止めると、アインシュタイン – ローゼン橋の異なる解釈が生まれます。

空間を貫くトンネルの代わりに、量子状態の 2 つの相補的なコンポーネントとして考えることができます。あるものでは、時間が前に流れます。 2 つ目では、鏡像位置から後方に流れます。

この対称性は哲学的な優先事項ではありません。無限が除外されると、重力が存在する場合でも、量子の進化は完全なままであり、顕微鏡レベルで可逆的であるはずです。

「ブリッジ」は、物理システム全体を記述するために両方の時間要素が必要であるという事実を表します。通常の状況では、物理学者は時間の矢を選択することで時間反転の要素を無視します。

しかし、ブラック ホールの近く、または膨張と崩壊を繰り返す宇宙では、コヒーレントな量子記述には両方向が含まれなければなりません。ここでアインシュタインとローゼンの橋が自然に生じます。

情報パラドックスを解決する

顕微鏡レベルでは、橋は私たちの目に見えるものを越えて情報を伝達できるようにします。 事象の地平線 – 引き返せない地点。情報は消えません。それは進化し続けていますが、その逆に、宇宙の方向を反映しています。

このフレームワークは、有名なブラック ホール情報のパラドックスに対する自然な解決策を提供します。スティーブン・ホーキング博士、1974年 示した ブラックホールは熱を放出し、最終的には蒸発する可能性があり、その中に落ちたものに関するすべての情報を明らかに消去します。これは、進化は情報を保存するべきであるという量子理論に矛盾します。

このパラドックスは、無限に伸びる単一の一方向の時間の矢を使って地平線を記述することを主張する場合にのみ発生します。これは量子力学自体が必要とする概念ではありません。

完全な量子記述に両方の時間方向が含まれている場合、実際には何も失われません。情報は時代の方向から離れ、逆の方向に再び現れます。新しい物理学を導入しなくても、完全性と因果関係は保たれます。

私たちは時間の一方向のみを経験する物理的存在であるため、これらの考えを理解するのは困難です。日常的なスケールでは、無秩序、つまりエントロピーが増加する傾向があります。高度に秩序だった状態は、自然に無秩序な状態に発展しますが、その逆は決してありません。これにより時間の矢が得られます。

しかし、量子力学では、より微妙な動作が可能になります。興味深いことに、この隠された構造の証拠はすでに存在している可能性があります。宇宙マイクロ波背景放射 – の残光 ビッグバン — 小さいながらも持続的な非対称性を示しています: 鏡像よりも空間方向を好む。

この異常現象は、20年間にわたり宇宙学者を困惑させてきました。標準モデルでは、ミラー量子コンポーネントが含まれていない限り、これが起こる可能性は非常に低くなります。

かつての宇宙の残響？

この絵は自然に、より深い可能性につながります。私たちが「ビッグバン」と呼んでいるものはおそらく絶対的な始まりではなく、むしろジャンプ、つまり宇宙進化の時間が逆転した 2 つの段階の間の量子的移行でした。

そのようなシナリオでは、ブラックホールは時間方向の間だけでなく、異なる宇宙論的時代の間の橋としても機能する可能性があります。私たちの宇宙 これはブラックホールの内部かもしれない 第二に、元の宇宙で形成されました。これは、時空の閉じた領域が崩壊し、跳ね返り、膨張して、今日私たちが見ている宇宙を形成するにつれて形成される可能性があります。

この図が正しければ、観察について決定を下す方法も提供されます。小さなブラックホールなど、バウンス前の段階の残骸は移行を生き延び、膨張する宇宙に再び現れる可能性があります。私たちが暗黒物質と呼ぶ目に見えない物質の中には、実際にはそのような残骸からできているものもあります。

この見解では、ビッグバンは既存の収縮状態から進化したと考えられます。ワームホールは必要ありません。橋は空間的なものではなく時間的なものであり、ビッグバンは始まりではなく入り口になります。

アインシュタイン・ローゼン橋のこの再解釈には、銀河を越える近道、タイムトラベル、SF のワームホールなどは含まれていません。 ハイパースペース。 それが提供するものはさらに奥深いものです。これは、時空が時間の反対方向の間のバランスを示し、ビッグバン以前の宇宙の歴史がどこにあったのかを示す、重力の一貫した量子像を示しています。

それはアインシュタインの相対性理論や量子物理学を覆すものではなく、それらを補完するものです。物理学の次の革命は光より速く起こることはないかもしれませんが、ミクロの世界の深さと跳ねる宇宙の両方で時間が流れていることが明らかになるかもしれません。