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研究によるとビッグバンはブラックホールの内部で起こった可能性がある

概要

  • ビッグバン は宇宙の始まりではなく、 重力崩壊とバウンス の結果である可能性
  • 新理論「 ブラックホール宇宙」は、既知の物理法則に基づく
  • 量子力学の効果により、 特異点 は回避される可能性
  • モデルは 検証可能な予測 を提示
  • 宇宙の起源や構造に関する 根本的な問い への新たな視点

ビッグバンの新解釈:ブラックホール宇宙モデル

  • ビッグバンは「 宇宙の爆発的誕生」ではなく、 巨大なブラックホール内でのバウンス によるものとする新理論
  • このモデルは「 ブラックホール宇宙」と呼称
  • 既存の物理法則と観測結果に 完全に基づく 理論
  • 従来のビッグバン理論やインフレーション理論は、 観測されていない要素 (暗黒エネルギーや未知の場)を導入する必要がある
  • 特異点」という物理法則が破綻する点を回避することが主な課題

従来理論の課題

  • ビッグバン理論は 特異点問題 を抱える
  • インフレーション理論や暗黒エネルギーの導入は 未確認成分 に依存
  • 宇宙の起源・平坦性・均一性・巨大さの根本的な説明不足

ブラックホール宇宙モデルの提案

  • 宇宙の始まりを「 外側からの拡大」でなく、「 内側からの崩壊」として再考
  • 過剰に密集した物質が 重力崩壊 し、ブラックホールを形成
  • ブラックホールの 事象の地平線内部 での物理現象に着目
  • Roger PenroseやStephen Hawkingが提唱した「 特異点定理」は 古典物理学 に依拠
  • 量子力学( パウリの排他原理)を考慮すると、 無限の圧縮は不可能
  • 崩壊はある段階で停止し、「 バウンス」が発生、宇宙が再び拡大

バウンスの物理的根拠

  • 一意的な 解析解 を導出
  • 宇宙のサイズが 双曲線関数 的に時間変化
  • バウンスは 一般相対性理論量子力学 の枠組み内で説明可能
  • 仮定や未知の次元、未知の場 は不要

モデルの予測と検証

  • 宇宙の 空間曲率 がわずかに正であることを予測
    • これは初期の過密状態の「 名残
    • Euclidミッションなどの観測で検証可能
  • 現宇宙の 膨張率 も予測し、既に一部検証済み
  • インフレーションや暗黒エネルギーは バウンス自身の物理 として自然発生

宇宙論への新たな示唆

  • 初期宇宙の「 超大質量ブラックホール」や「 ダークマター」の起源、「 銀河形成の階層的進化」の説明に寄与可能
  • Arrakhisなどの将来ミッションで、 星のハロー衛星銀河 の観測による追加検証
  • 崩壊段階で形成され、バウンス後も残存する「 コンパクト天体」との関連性

私たちの宇宙の位置づけ

  • 私たちの 観測可能宇宙 は、より大きな「 親宇宙」のブラックホール内部に存在
  • 地球中心説の否定と同様、 特別な存在ではない という新たな視点
  • 宇宙の誕生は「 無からの創造」ではなく、 重力と量子力学のサイクル の継続
  • 重力・量子力学・宇宙論 の深い連関を示唆

Hackerたちの意見

この要約が科学論文の著者によって書かれているのは面白いと思う。単純化しすぎるリスクはあるけど、このアプローチなら著者が基礎となる科学を理解していない可能性を排除できるね。

うん、すごく面白かったよ。もっと多くの研究者が技術的なホワイトペーパーと一緒にブログ投稿をしてくれたらいいのに。ただ、科学に関わる全ての人がブログ形式のコンテンツを書くスキルを持っているわけじゃないし、そうしたいとも思っていないことは理解してる。(研究者がブログのバイラリティで評価される世界は心配だし、彼らの研究の影響力で評価されるべきだと思う。)

大学のPR担当者が盛り上がる記事を書くよりはずっといいよね。彼らは世界初でパラダイムシフトだとか、なんだとかずっと言ってるけど、著者は実際に重要なことに焦点を当てている。例えば、テスト可能なのか?うん、これが見どころだよ。

うん、すごいね。彼の解決策はすごくシンプルで、以前のモデルの問題を全部解決してる。すべてのブラックホールが自分自身の宇宙を持ってる可能性があるんじゃないかな。

ビッグバンは宇宙の爆発的な誕生としてよく説明される。空間、時間、物質が一瞬で存在し始めた瞬間だ。確かに、メディアではそういうふうに「よく説明されている」けど、実際には現在受け入れられている理論ではない。「ビッグバンの前に空間や時間がなかったらどうなる?」っていうのは、スティーブン・ホーキングの個人的な理論に過ぎない。

自然発生的な創造を信じるなら、神を信じてもいいんじゃない?

現在受け入れられている理論って何?

より正確な要約は、私たちの理論では「ビッグバン」と見なされるものを超えて戻ることができないってことだ。実際、そこにたどり着くこともできない。ゼロ時点に近づくにつれて量子重力の必要性が大きくなりすぎるからだ。私たちの理論が破綻する点の前に何があったかについて、原則的で合理的な方法で主張することはできないし、それには「その前に空間や時間が全くなかった」という主張も含まれる。だから、「ビッグバンの前に何があったか」について聞いたことがあることは、常に推測に過ぎない。これは、時々人々が科学メディアを読んで、常にこの推測について報じているから、報道が「科学」が常に考えを変えていることを構成していると思うけど、実際はそうじゃない。科学はこのテーマについて一貫して正当な立場を持っていない。常に推測だった。プレスがこれを明確にしないことが多く、「科学」が「発見した」としてストーリーを書くけど、この分野での確実性の主張は「科学」の主張ではない。

人々が意識的にでも無意識的にでも理解できていないのは、標準モデル(ラムダ-CDM)ではビッグバンの「前」は本当に存在しないってことだよ。時間自体がt=0以降にしか存在しないならね。

他の宇宙やサイクルが存在するってことがわかるのは避けられない気がする。地球が宇宙の中心だと思ってた時代から、今度は太陽が中心って考えに変わったし、次のステップは私たちの宇宙が宇宙の中心じゃないってことだよね。

ブラックホール宇宙は、私たちの宇宙における位置について新しい視点を提供してくれる。この枠組みでは、私たちの観測可能な宇宙全体が、より大きな「親」宇宙で形成されたブラックホールの内部に存在している。つまり、私たちの宇宙のブラックホールには、事象の地平線を超えて内部に宇宙が含まれているってこと?そうなるはずだよね。衝撃的だ。

新しいアイデアではないけど、他の宇宙をブラックホールの中に「含まれている」と表現するのは正確ではないと思う。 https://en.wikipedia.org/wiki/White_hole#Big_Bang/Supermassi...

まじか、メン・イン・ブラックが実はドキュメンタリーだなんて思わなかった…

このトピックについて質問が山ほどあるんだ。ずっと気になってたことなんだよね。物理の専門的な訓練は受けてないけど、ブラックホールの質量がシュワルツシルト半径に線形比例するって知った時、すごく納得できた。ブラックホールのサイズが大きくなるにつれて、全体の密度は減っていくはずだよね。それに、宇宙が大きなスケールで均一な密度を持っているって観察とも組み合わせると、すごく明白に思えたんだ。すごく大きなブラックホールの密度が減少して、観測される宇宙の固定密度と交差する閾値が存在するんじゃないかって。物理の話が好きな技術系の同僚とこの疑問について考えたことがあったけど、明確な答えは得られなかったな。ちなみに、このことに関する含意には本当に興味があるんだ。誰かが考えたことがあるかもしれないフォローアップの考えを投稿するつもりなんだけど、ダークエネルギーについては、実際のエネルギーの代理として語られることが多いよね。「物を互いに遠ざける何かのエネルギーがある」って。そういう表現にはずっと違和感を感じてた。ダークエネルギーはむしろ_負のエネルギー_、つまり全体のエネルギーの損失だと考える方が合理的だと思う。古典的なシステムでは、互いに遠ざかる二つの物体は、後で回収できるポテンシャルエネルギーを蓄えるけど、ダークエネルギーはそうじゃない。物体は、離れるほど加速するから。全体的に見ると、エネルギーの損失なんだよね。このエネルギーの損失は量子世界にも及んでいて、高周波の光子が低周波で到着する。ダークエネルギーは、宇宙からエネルギーが抜け出していると考える方がしっくりくる。戻ってこない形でね。まるで内部から観察したブラックホールが蒸発しているみたいな?実生活でこのことを誰かに聞いた時、「ダークエネルギーのエネルギー成分は、何らかの形で空間の「テンション」に正規化されている」っていう答えをもらった。前にも言ったけど、物理学を深く学んでいるわけじゃないから、その説明には満足できなかったな。

宇宙の推定質量をシュワルツシルトの公式に入れてみて、観測可能な宇宙のサイズにどれだけ近いかに驚くべきだよ。

すごく面白いアイデアだね…その方程式と仮定には例外がないみたいだから、私たちの宇宙がブラックホールの中のブラックホールだって強く示唆してるのかな?

なんか、ダークエネルギーを宇宙から取り出されるエネルギーとして考える方がしっくりくる気がするんだよね。戻ってこない形で。まるで内部から観察したブラックホールが蒸発するみたいに?でもこの話では、ブラックホールは物質が地平線に落ち込むにつれて大きくなって、蒸発するにつれて小さくなるから、宇宙の膨張はブラックホールに落ち込むエネルギーが出て行くよりも多いってことになるのかな。

ちょっと前にここで、物が速いスピードで離れていく理由が質量によって時間が違う速さで進むからだっていう仮説のスレッドがあったんだよね。銀河の間の虚無の時間は銀河の中の時間よりも早く進んでるけど、宇宙全体のスケールで見ると、その違いはかなり大きいんだ。僕はこの理論が結構好きで、少なくとも僕の限られた理解の範囲では意味があると思う。

追記として、誰か他の人も考えたことがあるといいなと思うのは、ダークエネルギーを_負のエネルギー_として考えること [...] まるでブラックホールが蒸発するみたいに。もう一つ素人の考えなんだけど、ブラックホールによって理論的に失われるエネルギーって、すごく微弱で現在は検出できないんじゃない?そして、観測可能な宇宙の主要な成分とされているダークエネルギーの量はどうなってるの?数字が合わないように思えるんだけど。

他の観測結果と組み合わせると、私たちの宇宙は大規模で均一な密度を持っている(再結合の時点でそうだった)というのがLCDMの大きな前提なんだけど、実際にはあまり根拠がないかもしれないね。 その表現にはいつも違和感を感じてた。ダークエネルギーは「負のエネルギー」と考える方が合理的だと思う。つまり、全体のエネルギーが失われているってこと。君の直感は正しいよ。アインシュタインの場の方程式のラムダ項をエネルギー運動量テンソルの側に移すと、負の寄与の役割を果たすことになる(ラムダが0より大きい場合、観測結果が示しているように)。 古典的なシステムでは、互いに離れていく2つの物体は、後で回収できるポテンシャルエネルギーを蓄える。でも、ダークエネルギーはそうじゃないんだ。物体は離れるほど加速していくから、全体的にはエネルギーの損失になる。一般相対性理論では、全体のエネルギー保存はないからね、ローカルなスケールでしか成り立たない。 それに、特定の時空の一部のエネルギーを意味のある形で定義するのも難しいよ。 つまり、時空が膨張したり収縮したりすることでエネルギー保存が破られるのは予想されることで、古典力学からの直感だけでは限界があるんだ。 ダークエネルギーを宇宙からエネルギーが取り出されるように考える方が、なんだかしっくりくる。ダークエネルギー、つまりアインシュタインの場の方程式における宇宙定数項は、名前が示す通り定数項なんだ。確かに、時空が膨張することでエネルギー損失がある(上で述べたように)けど、それが重力定数を変えるわけじゃない。

ブラックホールのサイズが大きくなると、全体の密度は減少しなければならない。ブラックホールの中心は無限に密度が高いんだ。それが存在する理由だよ。事象の地平線はブラックホールそのものじゃない。 そして、私たちが観測する宇宙の固定密度について。私たちの宇宙は膨張している。密度は固定されていないよ。これは物質ではなく、エントロピーの観点で考えるべきだよ。

どこかで読んだ記事によると、私たちの3D宇宙は4Dブラックホールの中にあるかもしれないって。ブラックホールの事象の地平線を越えると、半径の座標が時間的なものになって、空間の自由度が1つ失われる。でも、接線方向にはまだ動けるから、基本的にはN-1次元の宇宙になるんだ。だから、私たちの3D宇宙は実際には4Dブラックホールに落ち込んだ物質で、私たちの3Dブラックホールは2Dのフラットランド宇宙を含んでいるかもしれない。そしてもちろん、外側の4D宇宙は5Dブラックホールの中にあるかもしれない、みたいな。

そうだね、そして私たちの知られた宇宙のどの親しみのある特性が実はスパゲッティ化した4次元なのかを当てるゲームもあるよね。私は一度cを予想したことがある。それは定数になるだろうね。もしかしたら、すべての定数は上位の宇宙のスパゲッティ化した残骸かもしれない。

1次元のブラックホールって何?

ブラックホールの事象の地平線を越えると、半径座標が時間的になるから、空間の自由度が一つ失われる。後半は間違ってるよ。時間座標が空間的になるので、まだ3つの空間の自由度が残っている。次元は、物理学者が信じるように時空が4次元ローレンツ多様体であるなら、消えることはない。さらに、特異点は一度ブラックホールに入ったら、棒でつつくことができる場所じゃない。特異点は未来にあり、死と同じように。

え?それって、ある物体の速度が特定の方向に向かうと、越えた後の時間の流れが決まるってこと?逆に言うと、古い時間の次元を空間的に体験して、イベントホライズンを越えた後は「古い時間」を自由に「移動できる」ってことになるの?頭が痛くなってきた…。

記事の要点がフェルミオンのバウンスだとしたら、それを私たちが認識している物質とエネルギーの量と比較すると、かなりのブラックホールになるよね。そうなると、どんな環境でそのサイズになったのか考え始める。今はポジティブな曲率のためにただ往復しているだけでも、記事にはもう少しブラックホール宇宙理論や推測がかなり古いことを認めてほしいな。革新的で目を引く代替案ではなくて、事象の地平線の概念を知ったら自然に考えることだから。ただ、これを差別化するのは解析的な解なんだ。

おすすめのハードSFの軽い読み物:「Cosm」グレゴリー・ベンフォード著、1999年。ボウリングの球のサイズの宇宙が実験室で作られる話。責任を持つ科学者がそれを守りながら政府のスパイから逃げる。彼らはそれが続く限り守りたいと思っていて、その時間はサイズと同じくらい相対的だから、長くは待てないだろうね。

追加。意見:A) HNで出てくるSF本のおすすめが大好き B) みんなが素晴らしい本をすすめるのをやめてほしい。私の読書リストが溜まりすぎてて、全然追いつけないよ。

それ、ホートン・ヒアーズ・ア・フーに似てるね。

確か、似たようなスタートレックのエピソードがあった気がする。DS9だったかな。

リック・アンド・モーティのエピソード(シーズン2 エピソード6、「リックス・マスト・ビー・クレイジー」)では、リックが自分の宇宙船のバッテリーの中に、宇宙をまるごと作っちゃって、その目的が宇宙船を動かすためのエネルギーを生み出すことになってるんだよね。そこで、マイクロバースの中の科学者がミニバースを作るんだ…。

興味深い読み物だけど、仮に著者が正しいとして、宇宙がより大きな宇宙の中のブラックホールとして形成されたとしたら、そのより大きな宇宙はどうやってできたのかっていう疑問が残るよね。知るのは不可能かもしれない。

より大きなブラックホール

すべてはウミガメの上にウミガメ

もし著者が正しいと仮定すると、それは科学的な試みではなくなるね。

ビッグバンの直前の物理的条件が、ブラックホールの内部と区別がつかないかもしれない。そういう意味では、ブラックホールは私たちの宇宙が低エントロピー状態から、ほぼ無限のエントロピー状態に戻った場所なんだ。

でも、私たちをここに置いて、答えを与えないなんて、誰がそんな残酷なことをするんだ?誰だ?そして、その存在はどこから来たんだ?

僕の理論: “それ”の前後なんて存在しない。もうそれがそれなんだ。

でも、どうしてペンローズの定理がそんな結果を禁じるの?それは量子排除原理というルールに関係していて、同じ粒子であるフェルミオンは同じ量子状態(角運動量や「スピン」など)を占有できないっていうものなんだ。 > そして、このルールが崩壊する物質の粒子が無限に圧縮されるのを防いでいることを示している。結果として、崩壊は停止し、逆転する。バウンスは可能なだけでなく、適切な条件下では避けられないんだ。それなら、どうして中性子星が排除原理に従っているのにブラックホールに崩壊するの?

ブラックホールは時空のマクロな歪みであって、局所的な量子特性ではないから?

質量が十分あれば、重力からのエネルギーで全てのフェルミオンを異なる状態に入れることができるから、崩壊が続くんだ。

それじゃあ、ニュートロン星が排除原理に従っているのに、どうしてブラックホールに崩壊するの?この縮退圧のレベルを克服する方法の一つが電子捕獲で、これは一種のベータ崩壊の逆なんだ。十分に圧縮すると、陽子が電子と結合してニュートロンとニュートリノを形成する。でも、ニュートロン星にはいくつかの提案された縮退物質のレベルがあって、そのうちの一つ(最終的な?)のレベルがシュワルツシルト半径よりも小さくなるほど密度が高いという考え方なんだ。現在、この種の物質を観測する方法がないから不確実性は高いよ。シュワルツシルト半径の内部で何が起こっているのかは、私たちが答えを持っていない別の謎なんだけど、いろんなレベルの正当性を持つアイデアがたくさんある。特異点や特異点だと思われるものの周りの量子物理学は理解されていないんだ。

ノートブックLMのバージョン https://notebooklm.google.com/notebook/bb55f273-a5e8-461a-b7...