ブラックホールの特異点と宇宙の元の違い

質問

宇宙の元になったのは「無」の世界での重力的特異点だそうですが、それとブラックホールの特異点の違いを教えて頂けないでしょうか？
ビッグバンが量子力学の「揺らぎ」で起こったのならば、事象の地平面内でも揺らぎは起こり得るし、その結果でブラックホール内の情報が外部に漏れ出ている確率も、素粒子レベルでは結構あるのではないでしょうか？
支離滅裂な理屈かもしれませんが、ご教授よろしくお願いします。

回答No.3

satoumasaru · ベストアンサー

いくつかご質問がありましたので答えさせていただきます。

> 特異点から一方的に物質が出ている状態とも言えるんですね。

正確には、誕生時に特異点であったというだけですね。あとはインフレーションにより一挙に指数関数的に膨張しますので。

>ブッラクホールに距離はあるのでしょうか？
>（方眼紙に似た面が底の方に無限に落ち込んでいく＝無限の距離・空間と捉えるべきでしょうか？）

距離というのは相対論の説くところでは絶対的なものではありません。３次元空間と時間を加えた４次元時空が一定というのが説いている内容です。私達は、空間があって時間が一様に流れているというのがイメージですよね。ところが空間と時間は密接に関係しているのです。ですから距離というのは4次元時空の中で一定ということであり、ブラックホール内でもこれはかわりません。

ですから、長さというものでも、観測者によって異なります。おっしゃっている「方眼紙に似た面が底の方に無限に落ち込んでいく」というのは、私達がブラックホールから遠く離れてみているからそのように観測されるのです。勇敢な宇宙飛行士がいてブラックホールに近づくとします。私達から観測した場合は、重力がつよいところは時間が遅れていくように見えますので、事象の地平には永遠にたどりつけません。これが方眼紙で表せばそこの方に無限におちこんでいく状態です。ところが宇宙飛行士を基準に考えれば、あっという間に事象の地平をとおりすぎることになります。

ちなみに、「方眼紙に似た面が底の方に無限に落ち込んでいく」のは、あくまでブラックホールの外であり、ブラックホールは破れた穴になります。

>　特殊相対性理論では「速度」が絶対的な単位となっているのでしょうか？

特殊相対論では（１）真空中における光速度は一定　（２）あらゆる慣性系は同等、というのが定理となっています。

>　ブラックホールが光速を超える重力を持つなら、それに引き寄せられる物質は皆タイムトラベルや４次元の世界に飛ばされているという事にはならないのでしょうか。これがホワイトホールなのでしょうか？

ブラックホール内の慣性系が光速度以上で特異点に落ち込むといっても、それはあくまで慣性系がそうなっているということです。ですので光速度以上でおちこんでいるといっても、タイムトラベルがおこるというわけではありません。現在の宇宙の誕生時には光速度以上で慣性系が膨張しましたが、だからといって過去にもどったわけでもありません。また現在でも宇宙には地平線があり、それ以上離れている銀河は光速度以上で私達から遠ざかっているとされていますが、だからといってタイムトラベルがおきているわけではありません。

もっともブラックホールの厳密解の中では別の宇宙にとぶという可能性も示唆はされていますが、証明されたわけではありません。

アインシュタインの方程式は時間を反転させても同一です。ですからブラックホールが成立するならば、ホワイトホールも数式的には成立します。ただ、ブラックホールは現在の宇宙では大質量星が重力崩壊をした場合、なりたつのがはっきりしていますが、ホワイトホールがどのようにして出現するのか全く分かりません。またこの宇宙にホワイトホールらしい現象も観測されていません。私達の宇宙ではホワイトホールがないのか、もともとホワイトホールは数式の解としてでてくるだけで、本当はないのか、このあたりもまだまだわかっていません。

お礼

補足の回答を頂き有難うございました。

補足

一つ気になったのですが‥、宇宙の地平線の場合は空間の膨張ですが、ブラックホールの場合は「重力」という力が働いている点で異質ではないでしょうか？厳密解の可能性というのは、そういう意味でしょうか。
もしくは空間の膨張というのがマイナスの重力、ホワイトホールと同じ現象なのでしょうか？
でしたら「４つの力」というのも全て空間のゆがみという事で解釈できるのでしょうか？
‥何だか、疑問が尽きませんね。笑
できればさらに補足頂きたい所ですが無理も言えませんので、数日後に補足が無ければ締め切らせてもらいますね。丁寧な回答に感謝します。

回答No.5

noname#77472

＞裸の特異点って、よく意味が分かってません‥。

相対性理論が破綻するのです。

着眼点は良いです。

重力を重力ゲージとしてを量子化すれば良いのです。
空間を量子化してしまえば良いのです。

今はこんな風。＾＾；
http://www.nikkei-science.com/page/magazine/0311/hologram.html

お礼

お褒めに預かり光栄です‥。
ＵＲＡを見ました。Ｍ理論の「膜」の事だと思いますが、読んでみて軽くショックを受けました。
空間の量子化→データで処理できるという訳ですね。
恐ろしいです‥。この空間と膜のどっちが本物なのでしょう。
しかも「量子場と物理法則が記載された」って、あたかも他者によって作られたプログラムみたいじゃないですか‥。
ただエントロピーが表面積に比例する事＝実態は２次だとするのも、少し早計な気がしなくもないというか、して欲しいですね。
補足して頂き有難うございます。

回答No.4

satoumasaru

補足質問がありましたので私の知っている範囲でお答えします。

>一つ気になったのですが‥、宇宙の地平線の場合は空間の膨張ですが、
>ブラックホールの場合は「重力」という力が働いている点で異質ではな
>いでしょうか？厳密解の可能性というのは、そういう意味でしょうか。

そうです。同じ地平線という名前ですが、全く異なるものです。宇宙の膨張による地平線ですと膨張速度が減速すればかって地平線の外にあったものを見ることができます。地平線といっても一方通行の面があるわけではありません。このようなものを粒子的地平線といいます。（もっとも加速度的に膨張しているとすれば永遠に見えませんが）

>もしくは空間の膨張というのがマイナスの重力、ホワイトホールと同じ現象なのでしょうか？

空間の膨張とホワイトホールとは全く別のものです。ホワイトホールはまわりに空間がありますが、空間の膨張はまわりに空間がありません。

>でしたら「４つの力」というのも全て空間のゆがみという事で解釈でき
>るのでしょうか？

力というものを空間の幾何学的性質に帰するというのはこれはアインシュタインが考えたんですね。アインシュタインは重力を幾何学的な性質ととらえた一般相対論を完成させたあと、電磁力も空間の幾何学で理論化できないか、後半生をかけて研究しました。当時、弱い力と強い力は発見されていませんでしたので、電磁力を空間の幾何学で理論化できればこれで力の統一理論ができるんです。しかしこの試みは失敗しました。

４つの力の統一については、いずれは理論化されるものでしょうが、それは量子力学の発展によりなされるものでしょう。力というのを空間の性質に帰することはできないと思っています。

お礼

補足頂き有難うございます。
ああいえ、重力が光速を捕らえられるなら、地平面内では（例えば）中心向きのベクトルの光子は光速を超えているのかと思ったんです。
でも前述して頂いた話ではそれはまだ分からないんですよね？
馬鹿な質問してすみません‥。

ホワイトホールは空間内のものだけなんですか。
反物質みたいですね。

何度も詳しく回答して頂き、有難うございます。
一応一区切り付いたので、締め切らせてもらいます。

回答No.2

satoumasaru

ブラックホールの特異点と宇宙の最初の特異点の差ですね。ビッグバン宇宙論では宇宙は最初特異点から始まったとされています（以下「宇宙の特異点」）。異なる点を列挙しましょう。

ブラックホールの特異点では重力が無限大になっています。宇宙の特異点では重力は無限大ではありません。重力の基本となる質量がなかったのです。現在の標準理論では質量は宇宙が誕生して膨張していく中で、真空が相転移を起こし、物質がヒッグス場と相互作用をすることにより質量を獲得したとされています。

ブラックホールの特異点ではあくまで収縮した状態となっていますし、まわりの物質をどんどん吸収しまし事象の地平とよばれる一方通行の面ができます。宇宙の特異点では、吐き出す一方ですし、事象の地平はありません。

ブラックホールでは中心は特異点ができ（回転していればリング状）、まわりは特殊な状態とはいえ空間があります。宇宙の特異点では空間さえもありません。

ブラックホールでは質量は太陽の数倍から数万倍程度ですが、宇宙の特異点が生み出した質量は、太陽の質量の1千億倍×１千億倍になります。

ブラックホールではかならず蒸発という現象が生じますが、宇宙は膨張する一方ですので蒸発という現象がおこるとは断言できません。

後半でおっしゃられている、トンネル効果ですが、これはわかりません。というのも特殊相対論と量子力学を統合した場の量子論というのはすでに確立しています。ところが一般相対論と量子力学を統合した理論というのはまだできていません。超弦理論など有力な候補はあるのですが、まだ確立したわけではないのです。

ですから事象の地平面の中でも当然揺らぎはあるでしょうが、はたして空間が特殊な状態になっている（慣性系が超光速で中心に落ち込んでいる）状態ではたしてトンネル効果が生じるのか、このあたりは断言できませんが否定的な意見が多いです。なお事象の地平近くで生じる揺らぎについては、ブラックホールの蒸発という状態で観測されます。

私も素人ですが知っている範囲でしたらお答えさせていただきます。

お礼

詳しく教えて頂けて感謝します。
興味深かったのでさらに色々疑問が沸いてきました。

補足

なるほど、ビッグバンは特異点から一方的に物質が出ている状態とも言えるんですね。
宇宙の質量は太陽×１０の２２乗なんですか。
意外と軽いですね。笑

お言葉に甘えて、また幾つか質問させて頂きます。
速度というのは距離を時間で割ったものとすると、
ブッラクホールに距離はあるのでしょうか？（方眼紙に似た面が底の方に無限に落ち込んでいく＝無限の距離・空間と捉えるべきでしょうか？）
それとも特殊相対性理論では「速度」が絶対的な単位となっているのでしょうか？
また、ブラックホールが光速を超える重力を持つなら、それに引き寄せられる物質は皆タイムトラベルや４次元の世界に飛ばされているという事にはならないのでしょうか。これがホワイトホールなのでしょうか？

疑問ばかりですみません。
お時間ありましたらよろしくお願いします。

回答No.1

noname#77472

ビックバンに於ける特異点は、物理法則が破綻した状態。
ブラックホールは「はだかのとくいてん。＾＿＾」

お礼

裸の特異点って、よく意味が分かってません‥。
また勉強してみます。

補足

回答下さって有難うございます。