エキゾチック物質とは何か?ワームホールと関係がある?

The Conversation
投稿日
2022年9月15日 10:20
time space blackhole

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、Carolyn Devereux氏によって執筆され、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。



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