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ワームホールを使った宇宙旅行 ~実現の可能性と課題~

ワームホールを使った宇宙旅行 ~実現の可能性と課題~ 宇宙
ワームホールを使った宇宙旅行 ~実現の可能性と課題~

 

宇宙は非常に広大で、存在する星や銀河の距離も 人類の想像を絶するほど離れています。プロキシマ・ケンタウリという地球から一番近いと言われる恒星ですら、太陽系から4.2光年も離れていて、人類最速の宇宙船「ボイジャー」でも8万年かけて到達する距離なのです。

この膨大な距離を一気に縮め、一瞬で目的地に到達する手段として、SF小説では「ワームホール」という2地点を接続するトンネルが登場します。

科学者によれば、「ワームホール」の実現可能性はゼロではありませんが、実現には様々な条件を満たし、「ワームホール」の存在を解明する必要があるそうです。ここでは「ワームホール」の可能性と課題について解説します。

 

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「ワームホール」は存在するのか

「ワールホーム」とは、そもそもどういうものなのでしょう。1916年にアインシュタインが発表した一般相対性理論によると、時空でワープが発生した結果、エネルギーと運動量が周囲の時空間を歪めて、重力が発生すると言います。

そして、アインシュタインとネイサン・ローゼンは、この時空の歪みによって時空の2点間が接続され、その構造がトンネル状で、遥か遠くの宇宙であっても繋ぐことが可能な「アインシュタインーローゼン橋」と呼ばれる時空構造モデルを発表しました。これが「ワームホール」なのです。

発見不可能な「ワームホール」

アインシュタインの数学的仮説では、「ワームホール」が存在するのは確かなのですが、実際に発見されてはいません。

ただし、理論物理学者のジョン・ウィーラー氏が提唱した「量子泡仮説」によると、「ワームホール」は自然に形成および消滅する可能性はあるそうですが、この仮説で形成される「ワームホール」は、10のマイナス33乗センチメートル「プランクスケール」という超極小サイズでしかなく小さ過ぎるので、まずほとんど発見が不可能なのです。

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「ワームホール」を大きくするには

ここで、前出の超極小サイズの「ワームホール」を発見できると仮定しましょう。極小サイズの「ワームホール」を大きくするには「エキゾチック物質」というものが必要です。

この「エキゾチック物質」は、通常の物理法則で正のエネルギー密度と正の圧力を持つ物質と異なり、負のエネルギー密度と負の圧力を持つという特性があります。

この負の特性が「ワームホール」を外側へ押し広げ、人や宇宙船が通れるほど大きく、安定したものにする可能性があると考えられますが、そもそも「エキゾチック物質」自体が理論上の物質で、その発見方法などが判っていないので、入手は非常に困難です。

「ワームホール」の安定性維持と接続先の時空

発見できた「ワームホール」を通過可能な大きさにまで拡大し、入手できた「エキゾチック物質」を使って、その安定化にも成功しても、また新たな課題が発生します。

カーネギーメロン大学の物理学者であるリチャード・ホルマン氏は、「ワームホール」に「エキゾチック物質」以外の物質を投入した瞬間に不安定な状態になるので、人類が「ワームホール」に進入した場合は即死するだろうと言うのです。

また、どうにかして「ワームホール」を通り抜けたとしても、「ワームホール」の出口は 入口とは全く違う時空である可能性もあるのです。

このように難題山積の「ワームホール」ですが、一方で その実用化に楽観的な科学者もいます。その一人である、オースティン高等研究所の エリック・デイビス氏は、「エキゾチック物質」さえ制御できれば、全ての課題は解決すると言い、研究所で「エキゾチック物質」の作成方法を研究中だということです。

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ブラックホールの中心点と「ワームホール」

アメリカの物理学者 ジョン・ウィーラー氏が約52年前に命名した「ブラックホール」とは、超高密度かつ大質量であり、凄まじく強力な重力によって光さえも吸い込まれてしまうため、宇宙空間に開いた「黒い穴」のように見える、謎多き天体です。

光さえも吸い込んでしまうほど重力が超強力なブラックホールですから、一度吸い込まれたものは永遠に消失する と一般的に考えられていました。

しかし、最新の研究結果では、ブラックホールの中心に「ワームホール」があり、吸い込まれたものは ここを通って、別の空間に出現するのではないかという見解が出されています。

スペインのバレンシアにある粒子物理学研究所の研究チームによって発表された、ブラックホールの特異点における時空の幾何学的構造の不完全性を考慮した新説によれば、ブラックホールの特異点は、たった1つの原子よりも小さく、ブラックホールに近づいたものはその強力な重力と不均衡によって「スパゲッティー化現象」のように最大限引き伸ばされた状態となって特異点に引き寄せられ、物質的にも数学的にも計算不能な状態に陥るということです。

この新説を検証するため、研究チームは 原子1個分の厚みしかない炭素結合シートであるグラフェンを使用して、ブラックホール内部をシミュレーションすることで、特異点の幾何学的構造の不完全性を導出、分析した結果、ブラックホールの中心点と「ワームホール」を発見したというのです。

入口で極限まで引き伸ばされても、出口で元に戻る?

この発見によって、帯電ブラックホールを解釈する上で残された問題点を理論的に解決できるようになり、また、ブラックホールの中に「ワームホール」という扉があるならば、時間と空間の連続性についても解決できるようになるそうです。

研究チームのメンバーである バレンシア大学のゴンザーロ・オルモ氏は、この発見について「ブラックホールは重力に関する新しい発想を試すための理論上の実験場であり、観察で得た事実と理論から推測可能な全てのオプションを検討した結果である」と発言しています。

ブラックホールを通過した人間が無事に生きているとは思えませんが、ブラックホールに吸い込まれる際に極限まで引き伸ばされた物質は、ワームホールの出口では元の大きさに戻るということです。

もはや私たちが知る物理学を超越した奇想天外な理論としか思えませんが、オルモ氏は、この新説はアインシュタインの理論における「エキゾチック物質」も必要なく、一般的な物質とエネルギーで全て説明できる理論であると言っています。

SF映画では、ブラックホールを「吸い込まれたら一巻の終わり」のように描いていますが、近い将来、本当のブラックホールの姿が明らかになるかもしれません。

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研究室でワームホールを作成?

2015年、スペイン・バルセロナ自治大学の科学者らが、空間の2地点をつなぐ電磁気的なワームホールの作成に成功したと発表しました。

これは、一方の地点からもう一方の地点に磁場を転送するもので、人工物質「メタマテリアル」と自然界に存在しない反射特性をもつ人工表面「メタサーフェス」を使用し、複数の異なる層を持った球体でした。

これを使って実験を行ったところ、一方の地点にあった電磁場が他方の地点に「検出不可能な状態」つまり目に見えない状態で移動したというのです。

目に見えない状態で移動ということ自体、不思議なことですが、いずれにしろ 磁場は移動中に検出不可能だったので、一方の地店から他方の地点に「非三次元的」に移動したことが証明されたのです。

さらに、この時に現れた電磁場はN極かS極どちらか一方しか持たないモノポール、つまり単極子という自然界には存在しないものでした。

 

いかがでしたか?
宇宙の隅々まで確かめたいという無限の探究心をいつも胸に抱く人類にとって、「ワームホール」が人工的に作ることが可能とは夢のような話です。今後の研究発展に期待しましょう。
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