超弦理論の驚くべき展開: ブラックホールは時空の欠陥である可能性がある

Paul M. Sutter著、Universe Today、2023年5月17日

理論物理学者のチームは、弦理論を使用して、「トポロジカル ソリトン」として知られる時空の新しい構造を発見しました。 これらの構造は、外部の観察者にはブラックホールのように見えますが、実際には、物質や力が欠如した宇宙構造の欠陥です。

理論物理学者は、「トポロジカル ソリトン」と呼ばれる新しい時空構造を発見しました。 遠くの観察者にとってはブラックホールに似ているこれらの構造は、実際には宇宙構造の欠陥であり、事象の地平線を欠いています。 この発見はひも理論の検証に役立つ可能性がありますが、現時点では証明されていません。

理論物理学者のチームは、時空に奇妙な構造を発見しました。この構造は、外部の観察者にとってはまさにブラックホールのように見えますが、よく調べてみるとまったく異なります。つまり、それらは宇宙の構造そのものの欠陥であるということです。

アインシュタインの一般相対性理論は、巨大な星が崩壊するときに形成されるブラックホールの存在を予測しています。 しかし、同じ理論は、それらの中心が無限の密度の点である特異点であると予測します。 無限の密度は実際には宇宙では起こり得ないことを私たちは知っているので、これをアインシュタインの理論が不完全であることの表れとみなします。 しかし、拡張の模索が 1 世紀近く続いたにもかかわらず、より優れた重力理論はまだ確認されていません。

バイナリ ブラック ホール システムのアーティストの視点。 クレジット: LIGO/カリフォルニア工科大学/MIT/ソノマ州立 (Aurore Simonnet)

しかし、ひも理論を含む候補はあります。 弦理論では、宇宙のすべての粒子は、実際には微細に振動する弦のループです。 私たちが宇宙で観察するさまざまな粒子や力をサポートするために、これらの弦は私たちの 3 つの空間次元で振動するだけでは済みません。 その代わりに、日常の気づきや実験から逃れられるほど小さな多様体へと丸まってしまう余分な空間次元が存在しなければなりません。

この時空のエキゾチックな構造は、研究者チームに、トポロジカル ソリトンと呼ばれる新しい種類の物体を特定するために必要なツールを提供しました。 彼らの分析では、これらのトポロジカルソリトンが時空自体の安定した欠陥であることがわかりました。 それらは存在するために物質や他の力を必要としません。それらは氷の亀裂と同じように時空の構造にとって自然なものです。

研究者らは、ソリトンの近くを通過する光の挙動を調べることで、これらのソリトンを研究しました。 これらは極端な時空の物体であるため、周囲の空間と時間を曲げ、光の経路に影響を与えます。 遠くの観察者にとって、これらのソリトンは、ブラックホールが現れると予測したとおりに現れるでしょう。 そこには影があり、光の輪があり、作品があるだろう。 イベント ホライズン テレスコープから得られた画像と検出された重力波の痕跡はすべて同じように動作します。

It’s only once you got close would you realize that you are not looking at a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ブラックホール。 ブラック ホールの重要な特徴の 1 つは、事象の地平線、つまり、それを横切ると脱出できなくなる想像上の面です。 トポロジカル ソリトンは特異点ではないため、事象の地平線を持ちません。 したがって、遭遇を生き残ったと仮定すると、原理的にはソリトンに行ってそれを手に握ることができます。

これらのトポロジカル ソリトンは、ひも理論の理解に基づいた信じられないほどの仮説的な物体ですが、物理学の理解に対する実行可能な最新情報であるとはまだ証明されていません。 ただし、これらの珍しい物体は重要な試験研究として役立ちます。 研究者たちがトポロジカルソリトンと従来のブラックホールの間の重要な観察上の違いを発見できれば、弦理論そのものをテストする方法を見つける道が開かれるかもしれない。