ワームホールとは何ですか？ワームホール旅行は可能になりますか？

好奇心旺盛な人類は、宇宙の最も遠い場所へ旅することを長い間夢見てきました。それが、近日公開予定のSF大作『インターステラー』の主要テーマです。この映画では、マシュー・マコノヒーとアン・ハサウェイが、私たちがいつか到達したいと願う場所へと連れて行ってくれます。ただし、深宇宙旅行という小さな障害は除きます。

宇宙は広大です。そして、その巨大な大きさに加え、信じられないほど広範囲に広がっています。近隣の惑星、恒星、銀河はどれも気が滅入るほど遠くにあります。たとえば、地球に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリは、4.22 光年離れています。高速で移動するボイジャー宇宙船がプロキシマ・ケンタウリに到達しようとした場合、その小さな探査機がそこに到達するには 8 万年以上かかります。

では、何千世代もかけずに宇宙を探索するにはどうすればいいのでしょうか? 研究者が考案した数多くの概念の中で、特に SF の世界で特に人気がある手法が 1 つあります。それは、近道、つまりワームホールとして知られる理論上のトンネルです。

ワームホールは非常に不安定であると考えられており、異物が挿入されると完全に崩壊する可能性があります。

理論上、ワームホールは時空で作られたトンネルのような接続で、宇宙の 2 つの遠く離れた領域間の距離を短縮します。宇宙旅行者はこれらのトンネルを使用して、宇宙旅行を数千年よりもはるかに短くすることができます。多数の書籍、テレビ番組、映画が、ワームホールの概念を深宇宙旅行に利用してきました。コンタクトでのアロウェイ博士の謎に満ちたエイリアンに満ちた旅から、スタートレック: ディープ スペース ナインでの未踏のガンマ クワドレントへのアクセスを可能にするベイジョー ワームホールまで。

このプロット装置は、映画「インターステラー」でも再び利用されます。この映画では、宇宙飛行士の一団が、新しく発見されたワームホールを通って、遠く離れた時空を繋ぎ、故郷と呼べる新しい世界を探します。まるで宇宙旅行の夢がすべて実現するかのような、信じられない話です。しかし、それは可能なのでしょうか? 人類はいつの日か、ワームホールを使って別の銀河やその先へ旅することができるのでしょうか?

科学的には、それは非常に可能性が低いが、あり得るとされています。しかし、通過可能なワームホールを作るには、多くの特別な条件と、これらの驚くべき秘密の通路がどこから来るのかを理解する必要があります。

ワームホールとは何ですか?

1900 年代初頭まで、ニュートンの重力理論が最高潮に達していました。それは、宇宙のすべての物体 (私たちも含む) には、他の物体を引き付ける固有の力があるという考えでした。物体が大きいほど、この固有の重力は大きくなります。これが、私たちが宇宙に飛び出すのではなく、地球に「くっついている」理由を説明しています。

しかし 1915 年、アルバート アインシュタインは、その考えを完全に否定しました。彼は、重力は実際には時空 (空間と時間が 1 つの連続体に結合したもの) の歪みの結果であると理論づけました。基本的に、物体の存在自体が周囲の空間と時間を変形させ、宇宙に痕跡を残します。

そして、この時空の歪みが重力の影響を生じさせる。「あなたと別の質量体があると仮定しましょう。あなたは周囲の時空を変形させ、質量体もその周囲の時空を変形させ、両者は互いの井戸に落ち込んでいきます」とカーネギーメロン大学の物理学教授リチャード・ホルマン氏は言う。

さて、ここですべてがワームホールに結びつく部分があります。アインシュタインと彼の同僚のネイサン・ローゼンによると、ワームホールは実際には変形した空間であり、時空内の 2 つの異なる点を接続するように歪んでいます。その結果、直線または曲線のトンネルのような構造が生まれ、宇宙の非常に離れた 2 つの領域が接続されます。

アインシュタインの数学的モデルはワームホールが存在すると予測しているが、これまで発見されたことはない。名古屋大学の天体物理学者、阿部文雄氏は、トンネルの前を移動する星の明るさを観察することで、大きなワームホール（宇宙船が通れるほどの大きさ）を探す方法を提案した。重力レンズ効果と呼ばれる効果により、明るさは独特な方法で変動する。

しかし、近い将来に大きなワームホールが見つかる可能性は低いでしょう。

ワームホールの問題

今のところ、物理学者は宇宙でワームホールが自然に形成される仕組みを解明していない。しかし、理論物理学者のジョン・ウィーラー氏は、自身の量子泡仮説（仮想粒子が、非常に奇妙なことに、常に現れたり消えたりするという考え）によれば、ワームホールが自然に現れたり消えたりする可能性があると述べた。

残念ながら、ウィーラーは、これらの即席のワームホールはプランクスケールで現れるほど非常に小さいだろうと理論づけた。これは約 10 〜 33 センチメートルの長さである。言い換えれば、ワームホールは非常に小さいため、検出するのはほぼ不可能である。

しかし、もし小さなワームホールが突然現れたのを発見できたとしたら、それをさらに大きくできるかもしれない。そして、そのためには、エキゾチックマターと呼ばれる奇妙な物質が必要になる。

「宇宙の通常の物質の法則は、正のエネルギー密度と正の圧力を持つということです」とオースティン高等研究所の上級研究物理学者エリック・デイビスは言います。「エキゾチック物質は少し異なります。それは負のエネルギー密度と負の圧力を持つ物質です。負のエネルギーと正の圧力を持つ物質の塊、またはその逆のものがあります。」

エキゾチック物質の負の特性により、ワームホールの側面が外側に押し出され、人間や宇宙船が通り抜けられるほどの大きさと安定性が確保される可能性がある。ただし、エキゾチック物質は簡単に手に入るわけではない。理論上のみ存在し、どのような外観をしているのかは不明で、どこにあるのかもまだわかっていない。

しかし、仮定の上でそれさえも克服したとしよう。小さなワームホールを発見し、何らかのエキゾチック物質を入手し、トンネルを拡張して安定させ、宇宙船が入る大きさにしたとする。ホルマン氏は、エキゾチック物質以外のものを挿入するとワームホールが完全に不安定になる可能性があると説明する。言い換えれば、ワームホールに入ると即死する可能性があるということだ。

ワームホールには多くの注意点がありますが、ここではさらに大きな注意点を挙げます。ワームホールは、2 つのまったく異なる時空を接続する可能性があります。つまり、入り口がまったく異なる時代に存在する可能性があります。つまり、ワームホールを経由すると、宇宙の歴史の異なる時代に行き着くリスクが伴います。ワームホールはまったく異なる宇宙を接続する可能性があると理論づける人もいます。少しそのことをよく考えてみてください。

宇宙旅行にワームホールを利用するという見通しに関しては、デイビス氏はホルマン氏よりもやや楽観的で、エキゾチック マターを利用するだけで、ゼロから独自の機能的なワームホールを作れると説明しています。(彼は現在、トロントの研究所でエキゾチック マターを作成する方法に取り組んでいます。) ホルマン氏はより現実的なアプローチをとっています。

「もし本当にそれができるなら、宇宙には太陽系外惑星や恒星がたくさんあるのだから、すでに誰かがやっているはずだと考えるでしょう」とホルマン氏は説明する。「そして、私たちが知る限り、宇宙のかなりの部分を見ても、その証拠は見当たりません。これは、困難な道を進むしかないかもしれないということを物語っています。」

『インターステラー』の科学について詳しく知りたい場合は、ここをクリックしてください。

訂正 (2014 年 10 月 30 日、午後 12 時 24 分 ET):元の記事では、デイビス氏が Icarus Interstellar のラボでエキゾチック物質を作成する方法に取り組んでいると書かれていました。彼は実際にはトロントの Hathaway Consulting Services のラボで働いています。この間違いは修正しました。この誤りを深くお詫び申し上げます。

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