エキゾチック物質とは何か?ワームホールと関係がある?

物質とは「もの」だ。空間を占める粒子で構成されたものなら何でもそうである。地球上で私たちが感じたり見たりできるものはすべて物質で、通常、固体、液体、気体の3種類のうちの1つだ。あなたが座っている椅子も、海の水も、風船の中のヘリウムも物質だ。

この他に、地球上で普通に出会う気体、液体、固体のような振る舞いをしない物質がある。このような奇妙な振る舞いをする物質は、エキゾチック物質と呼ばれている。

実験室では、ある物質を非常に低い温度まで冷やすと、エキゾチック物質を作ることができる。極低温のヘリウムはその一例だ。超流動ヘリウムと呼ばれるこの物質は、壁をよじ登ることができる液体だ。

エキゾチック物質は、いつか宇宙の謎を説明することができるかもしれない。ワームホールを作るための重要な材料になるかもしれないのだ。

空間と時間を曲げる

ワームホールは、空間を曲げて宇宙の2つの場所をつなぐものだ。ワームホールはまだ見つかっていないが、もし存在するならば、私たちの重力の法則に従うかもしれない。

1687年、科学者アイザック・ニュートンは、重力は物体の質量によって作られると言った。物体の質量とは、その物体に含まれる物質の量である。つまり、物体に含まれる物質が多ければ多いほど、その物体にかかる重力は大きくなるのだ。

1915年、物理学者アルベルト・アインシュタインは、重力を生み出すものについての見方を変えた。

アインシュタインは、物質が空間を曲げていると言った。移動する物体はこの曲がった空間の曲率に従うことになり、これが重力の効果を生み出すと言ったのだ。

例えば、地球は物質でできていて、その物質によって周りの空間が曲がっている。地球の周りを物体が動くと、曲がった空間に従って、物体は地球に向かって落ちていく。これが重力と呼ばれるものだ。

このように物質によって空間が曲げられると、時間にも影響が出る。空間が曲がっていればいるほど、時間の流れは遅くなる。このように空間と時間は密接に関係しているので、宇宙の仕組みを調べるときには、よく「時空間」という言葉を使う。

ワームホールは、時空が曲がって、宇宙の2つの領域の間にトンネルができることによってできる。そのトンネルが宇宙空間に出たところを「口」と呼ぶ。ワームホールには、非常に長い距離を隔てる2つの口があり、トンネルそのものは「のど」と呼ばれている。

ワームホールを作る

ワームホールに関係するエキゾチック物質として、負の質量を持つ物質がある。私たちが知っているすべての物質は正の質量を持ち、重力によって他の物質に引き寄せられる。例えば、リンゴが地球に落ちてくるように。負の質量を持つ物質は、他の物質を押しのけて離れていく。

物理学者のキップ・ソーンは、ワームホールが形成された後、その安定性を保つために負の物質が必要だと提唱している。しかし、もし負の物質が存在したら、どのような振る舞いをするのか、方程式を立てて理解することは可能だ。

ワームホールが何であるかは分かるが、どうやって作るかは分からないので、エキゾチック物質がワームホールを作れるかどうかは分からない。

ワームホールが科学者やSF作家にとって興味深いのは、遠く離れた宇宙の2つの領域を結ぶ可能性があるからだ。もしワームホールが存在すれば、私たちは短時間で宇宙を横断することができるかもしれない。

本記事はThe Conversationに掲載された記事「Curious Kids: what is exotic matter, and could we use it to make wormholes?」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。

著者紹介
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Dr.Carolyn Devereux

Senior Lecturer in Astrophysics, University of Hertfordshire

ハートフォードシャー大学の天体物理学研究センターで、天体物理学の上級講師を務める。特に、「コズミック・ウェブ」とも呼ばれる宇宙の大規模構造の進化における暗黒物質の役割に関する理解を深めることに関心がある。バーミンガム大学で物理学の学位を取得後、ロンドンのハースト研究センターで強誘電性液晶の研究に従事しながら、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンで博士号を取得した。その後、産業界でキャリアを積んだ後、天文学を学びながら科学の旅を続け、宇宙論の研究へとキャリアを変えました。一般向けの講演やイベント、著書を通じて、宇宙について私たちが知っていることのすばらしさを伝えることを好んでいる。

経歴

2016年~2022年 ハートフォードシャー大学 博士

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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