ブラックホールはタイムマシンになり得るが、それには裏がある

ブラックホールは、過去にも未来にも行ける天然のタイムマシンを形成している。しかし、すぐに恐竜に会いに行くことはできないだろう。

現在のところ、私たちはブラックホールに近づくための宇宙船を持っていないこともあるが、しかし、そんな小さなことはさておき、ブラックホールを使って過去に行こうとするのは、最後の手段かもしれない。

ブラックホールとは？

ブラックホールとは、死にかけた星が自分自身にぶつかってできた、非常に大きな天体だ。

惑星や星と同じように、ブラックホールにも重力場がある。私たちが地球から離れられないのも、地球が太陽のまわりを回っているのも、この重力場があるからだ。

重力場は、質量が大きいほど強くなる。

地球の重力場は、宇宙へ行くことを非常に困難にしている。そのため、地球の重力から逃れるためには、高速で移動しなければならないので、ロケットを作るのだ。

一方、ブラックホールの重力場は非常に強く、光でさえも逃れることができない。光は科学的に最も速いものだから、これはすごいことだ。

ちなみに、ブラックホールが黒いのは、暗闇でトーチの光を木に当てるように、ブラックホールで光を跳ね返せないからだ。

空間の広がり

アインシュタインの一般相対性理論では、物質とエネルギーは宇宙に対して不思議な影響を与えるとされている。物質とエネルギーは空間を曲げたり伸ばしたりする。物体が重くなればなるほど、その周りの空間は引き伸ばされ、曲げられる。

巨大な物体は、空間に谷のようなものを作る。物体が近づくと、その谷に落ちる。

だから、ブラックホールを含む巨大な物体に近づくと、そこに向かって落ちていく。谷の側面はとても急なので、光は脱出するのに十分な速度は出せないのだ。

ブラックホールがつくる谷は、遠くから近づくにつれ、どんどん険しくなっていく。光が抜け出せないほど険しくなる点を「事象の地平線」と呼ぶ。

事象の地平線は、タイムトラベラーにとって興味深いだけでなく、哲学者にとっても興味深いもので、時間の本質を理解する上で重要な意味を持つ。

時間の引き伸ばし

空間が引き伸ばされると、時間も引き伸ばされる。巨大な物体の近くにある時計は、それよりもはるかに小さい物体の近くにある時計よりも遅くなる。

例えば、ブラックホールの近くにある時計は、地球上にある時計に比べて非常にゆっくりと時を刻む。映画「インターステラー」で見たように、ブラックホールの近くの1年は、地球では80年に相当する。

このように、ブラックホールは未来への移動に利用できるのだ。地球の未来に飛び込みたければ、ブラックホールの近くを飛行して、地球に戻ればいいのだ。

ブラックホールの中心に近づけば、時計の針は遅くなるが、事象の地平線を越えない限り、脱出することができる。

時間のループ

過去についてはどうだろうか？ここが本当に面白いところだ。ブラックホールは、時間を大きく曲げるので、自分自身に巻き戻すことができる。

一枚の紙の両端を結んで輪にしたものを想像してみよう。ブラックホールも同じように時間を曲げることができるのだ。

これは、自然なタイムマシンを作り出す。物理学者が閉じたタイムリープ曲線と呼ぶこのループに、どうにかして乗ることができれば、未来から始まって過去に終わる空間の軌道に乗ることができる。

ループの中では、因果関係を解明するのが難しいことに気づくだろう。過去にあったことが、未来にあったことを引き起こし、それがまた過去にあったことを引き起こすのだ。

キャッチ

さて、あなたはブラックホールを発見し、信頼できる宇宙船を使って過去に戻り、恐竜に会いに行きたいと思っている。幸運を祈る。

3つの問題がある。まず、ブラックホールが存在し始めた過去にしか行けない。つまり、恐竜が絶滅した後にブラックホールができたのなら、十分な距離まで戻ることはできないのだ。

次に、ループに入るためには、事象の地平線を越えなければならないだろう。つまり、過去のある時刻にループから出るには、事象の地平線の外に出る必要があるのだ。それは、光よりも速く移動することを意味し、それは不可能であることは明らかだ。

第三に、おそらく最悪の場合、あなたとあなたの船は「スパゲティ化」を受けることになる。

美味しそうな名前だが、悲しいことに、食べ物のスパゲティとは異なる。事象の地平線を横切ると、あなたは麺のように平たく引き伸ばされるのだ。実際、あまりに薄く引き伸ばされて、原子の列が渦を巻いて虚空に落ちていくだけだろう。

そういうわけで、ブラックホールの時間歪曲特性について考えるのは楽しいが、当分の間、恐竜への訪問は空想の領域にとどめておかなければならないだろう。

本記事はThe Conversationに掲載された記事「Are black holes time machines? Yes, but there’s a catch」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。