[記事公開日]2016/02/16
[最終更新日]2016/04/09

ホワイトホールはブラックホールと共にアインシュタインの一般相対性理論から予言された天体

ブラックホールとは

宇宙にあるブラックホールという言葉は、一般的によく知られています。

ブラックホールとは、極めて高密度かつ大質量で、強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない天体を言います。

ブラックホールは、全質量が中心に集まったとても重力の強い天体なのです。

ブラックホールは、アインシュタインの一般相対性理論から予言されました。

実際に予言したのは、ドイツの数学者カール・シュヴァルツシルトになります。

ブラックホールは、アインシュタインの一般相対性理論が発表された直後の1915年に、理論の骨子であるアインシュタイン方程式をカール・シュヴァルツシルトが特殊解として導いたことから始まったと言います。

シュヴァルツシルトは、恒星の質量を狭い領域に集中させていくと、ある限界を超えた時、その内部から光さえも脱出できないほど重力が強くなる領域ができると考えました。

この光すら脱出できなくなる球状の領域の境界を「事象の地平面」、その球の半径は「シュヴァルツシルト半径」と呼ばれています。

そして、「事象の地平面」の中心には、重力と密度が無限大の「特異点」が現れますが、「特異点」では全ての物理法則が成り立たなくなると言います。

「シュヴァルツシルト解」は、時空が球対象で自転せず、さらに真空であるという最も単純な仮定で一般相対性理論の厳密解を導くことで得られたようですが、アインシュタイン本人は一般相対論で「特異点」が有り得ることを渋々認めていたものの、それはあくまで数学的な話であって現実には有り得ないと考えていたようです。

当初ブラックホールは理論上の産物であり、実在はしないと考えられていましたが、現在では観測技術の発達により、ブラックホールの存在は確定的なものとなっています。

銀河系宇宙(天の川銀河)の中心には、太陽質量の370万倍もの質量を持った巨大なブラックホールが存在すると多くの天文学者によって考えられているようです。

また、数多くの銀河の中心部に太陽質量の数百万倍から数十億倍という大質量のブラックホールが存在することが確認されていると言います。

なお、ブラックホールという名称は、アメリカの物理学者ジョン・ホイーラーが1967年に命名したものであり、それ以前は、崩壊した星を意味する“collapsar”(コラプサー)などと呼ばれていたそうです。

『ブラックホールとホワイトホールという宇宙の謎・不思議・神秘に迫ってみる』、こちらの記事の中でも書きましたが、ブラックホールとは正反対の性質を持つホワイトホールという天体も、アインシュタインの一般相対性理論から予言されたと言います。

ホワイトホールはブラックホールと正反対の性質を持つ天体

ホワイトホールは、ブラックホールと共に、アインシュタインの一般相対性理論からその存在を予言された天体だと言います。

ホワイトホールは、ブラックホール解を時間逆転させたアインシュタイン方程式の解として、一般相対性理論で理論上議論される天体です。

そして、ホワイトホールとブラックホールは、お互いの時間をひっくり返した関係にあり、正反対の性質を持っています。

つまり、ブラックホールは何者もその内部から脱出できない天体であるのに対して、ホワイトホールは、何者もその内部に留まることができない天体だということになります。

ブラックホールは「事象の地平線」を越えて飛び込む物質を再び外部へ逃さずに全てを呑み込む領域ですが、ホワイトホールは「事象の地平線」から物質を放出する領域になります。

ホワイトホールは、その内部の「特異点」に集中している質量を、物質や光などとしてどんどん吐き出しますが、ホワイトホールの境界面の内側から外側には移動できますが、外側から内側に向けては、光でさえ進入できないとされています。

また、ホワイトホールは、実際にはまだ観測されたことはないので、実在するかどうかは、分かっていないようです。

 

ホワイトホールが実在するかどうかは分かっていない

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ブラックホールもホワイトホールも、元々は、アインシュタインの一般相対性理論から予言された天体です。

そして、ブラックホールに関しては、当初は理論上の産物であり、実在はしないと考えられていましたが、現在では観測技術の発達により、ブラックホールの存在は確定的なものとなっています。

しかし、ホワイトホールに関しては、実際に観測されたことはないので、実在するかどうかは、分かっていないようです。

ただし、今後観測される可能性はゼロではないと言います。

また、もし仮にホワイトホールが実在したとしても、観測することはできないという説もあるようです。

 

ホワイトホールが実在したとしても観測することはできない?

ホワイトホールは、ブラックホール解を時間逆転させたアインシュタイン方程式の解として、一般相対性理論で理論上議論される天体であり、まだ実際には観測されていないので、実在するかどうかは分かっていないのですが、もし仮にホワイトホールが実在したとしても、観測することはできないという説もあるようです。

理論上、ホワイトホールは重力を持ち、その強さはブラックホールと同等とされていますので、ということは、ホワイトホール内部から吐き出された物質や、元々周囲にあった物質は、ホワイトホールに引き寄せられる筈だとも考えられます。

ホワイトホールの性質上、引き寄せられた物質がホワイトホールの内部に入り込むことはできませんので、結局これらの物質は、ホワイトホール表面に降り積もり、全体としては質量が増すことになると考えられます。

その結果、全体としては、ホワイトホールよりも質量の大きい(つまり半径も大きい)ブラックホールが存在するのと同じことになるという訳なのです。

ホワイトホールの重力はブラックホールと同等なため、放出された物質が再び引き戻されて「事象の地平面」へ降り積もった結果、ホワイトホールの外側にブラックホールの領域が形成されるという説が成り立つということのようです。

ホワイトホールが実在したとしても、観測はできない可能性もあるということになります。

また、ホワイトホールもブラックホールも、同じ物体として解釈され得るとも言います。

ブラックホール熱力学は、量子効果によってホーキング放射することによってブラックホールが最終的には蒸発することを予言しますが、このプロセスも時間反転に対して対称であるため、熱的平衡にあるブラックホールの時間反転解もブラックホール解だと言います。

そうだとすれば、ブラックホールもホワイトホールも同じ物体として解釈され得るということにもなるようです。

 

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