主な相違点 – ブラックホールとワームホール
ブラックホールとワームホールは、物理学において、また科学小説においても魅力的なトピックです。
ブラックホールとは、大量の物質とエネルギーを持つ極めて高密度の物体です。
そのため、非常に強い重力場を作り出し、周囲の時空を歪ませる。
ブラックホールの概念は一般相対性理論で示唆されており、何十年も理論上の概念として存在していた。
最終的に、物理学者は幸運にも、2015年9月14日に、初めて重力波を検出することができ、ブラックホールの存在を確認することができました。
ワームホールは、アインシュタインとローゼンが提案した理論的概念です。
ワームホールは時空の2点、あるいは2つの異なる宇宙をつなぐ。
いずれにせよ、現在までのところ、理論物理学にしか存在しない。
これが、ブラックホールとワームホールの大きな違いです。
ブラックホールとは
星は宇宙に存在する巨大な天然の熱核発電所です。
星が崩壊した結果、ブラックホール、白色矮星、中性子星などが発生する可能性があります。
そこで、ブラックホールの形成を理解するためには、星の起源を明確に理解する必要がある。
ビッグバンの後、物質はほとんど陽子と電子、そしていくつかの軽い原子核の形をしていた。
これらは、ちょうどガスのように宇宙全体に漂っていました。
宇宙が冷えてくると、重力によってこれらの粒子の一部が集まり、巨大なガス状の雲が形成された。
重力が雲中の物質を引き寄せると、粒子はどんどん近づいてきた。
そのため、粒子の運動エネルギーが増大した。
雲が収縮するにつれて、温度も上昇し続けた。
ついに内部温度は7K程度になり、そのような雲の密度は非常に高くなった。
そこで、崩壊した雲は核融合反応の必須条件となり、星が誕生した。
しかし、星の核融合燃料を使い切った後は、残った熱と放射圧で自身の重力と釣り合わなくなり、星の質量は重力によって非常に小さな体積に収縮してしまう。
その結果、非常に密度の高い球になる。
そして、その星は質量に応じて白色矮星や中性子星、ブラックホールになる。
太陽質量の1.4倍以下の星は白色矮星になる。
3太陽質量を超える星は、別の天文学的段階を経て、ブラックホールになる。
1.4太陽質量以上3太陽質量未満の星は、中性子星になる。
ブラックホールの中心は「特異点」と呼ばれる。
ブラックホールの表面は「事象の地平線」と呼ばれる。
非回転球形ブラックホールの半径は、質量に正比例する。
この式で計算できる。
ブラックホールは、超巨大ブラックホール、恒星ブラックホール、マイクロブラックホールに分類される。
ブラックホールの元の天体が回転していれば、崩壊する前のブラックホールも回転ブラックホールとなる。
ブラックホールの質量とエネルギー密度は極めて高く、その内部や周囲にはとてつもなく大きな重力がかかっています。
そのため、事象の地平線の内側からは何も外側に逃げることができない。
とてつもない重力の結果、光さえも外に出られないので、ブラックホールを発見するのは非常に難しいのです。
参考
ワームホールとは
ワームホールの概念は、SFの世界では非常にポピュラーな話題です。
この概念は、相対性理論を研究したアルベルト・アインシュタインとローゼンによって提案されました。
そのため、ワームホールをEinstein – Rosen bridgeと呼ぶこともあります。
アインシュタインの重力理論における数学的な解を分析することで、理論家たちは今でもワームホールの存在の可能性を予測しています。
ワームホールとは、簡単に言えば、時空間の2点を結ぶ理論的な概念です。
ワームホールを通る道は、従来の時空のどの道よりも非常に短い。
つまり、ワームホールは時空間の近道なのです。
ワームホールには、2つの口と1つの喉（管）があります。
喉は、2つの口をつなぐ近道、トンネルです。
理論的には、ワームホールは宇宙の異なる2点、あるいは2つの宇宙を結ぶことができる。
一般相対性理論で得られた解によれば、ワームホールが存在し、その2つの口が2つの異なるブラックホールで開いている可能性がある。
いずれにせよ、星が崩壊してできたブラックホールでは、ワームホールを作ることはできない。
もし、本当に存在するとしたら、いくつかの魅力的な利点があります。
ワームホールは、宇宙空間の近道となる。
過去に戻ることができる。
簡単に言うと、ワームホールは近道であり、タイムマシンでもあるという説があります。
ワームホールには、ユークリッド型ワームホールとローレンツ型ワームホールの2種類があります。
残念ながら、現実の時空でワームホールを見た人はおらず、理論的な計算や映画の中にしか存在しない。
もし、本当に存在するとしたら、旅行者は、ワームホールの口の大きさと寿命という2つの問題に直面することになります。
ワームホールの大きさ（直径）は10〜33m程度で、寿命は非常に短い可能性があります。
そのため、もし存在したとしても、タイムトラベラーが空間をショートカットするための実用的なメリットはない。
しかし、エキゾチックマターがあれば、ワームホールをより長い時間、変化させずに静止させることができるという研究結果もあります。
エキゾチック・マターは、通常の物質でも反物質でも暗黒物質でもない。
エキゾチックマターのエネルギー密度は負です。
しかし、現実的な問題として、十分な量のエキゾチックマターを見つけることができない。
一部の物理学者は、場の量子論にその解決策があるのではないかと言っている。
現在も多くの理論的研究が行われているが、現実の空間ではワームホールは観測されていない。
：シュヴァルツシルト・ワームホールの「埋め込み図
ブラックホールとワームホールの違い
サイズ
ブラックホール 数キロメートルから数百天文単位の大きさに広がる。
ワームホール 典型的なワームホールの口の直径は、10-33m程度であろう。
Evidences/ 存在。
ブラックホール。
科学者は、ブラックホールの存在を確認する多くの強力な証拠の部分を観察しました。
ブラックホールの最初の直接検出は、2016/11/02に発表された。
重力波とブラックホールの両方を初めて検出したのです。
ワームホールの存在 残念ながら、現在までに強力な証拠は観測されていない。
理論/概念
ブラックホール。
ブラックホール：特殊相対性理論、天体物理学、宇宙論に登場する。
ワームホール。
特殊相対性理論、量子物理学、天体物理学、素粒子物理学、宇宙論に登場する。
重要性
ブラックホール ブラックホールは、宇宙の進化に重要な役割を果たすと考えられている。
多くの天体を支配している。
ワームホール。
もしワームホールが存在すれば、数百万光年を短時間で移動する近道として利用できる。
また、過去へのタイムトラベルも可能になる。
いずれにせよ、静止して変化しないようにするには、大量のエキゾチック物質が必要である。
もう一つの問題は、普通の物質が入ると不安定になることだ。
必要条件
ブラックホール。
ブラックホールには、非常に高い質量とエネルギー密度が必要です。
ワームホール。
静的で不変な状態を維持するために負のエネルギーが必要。
その他のプロパティ
ブラックホール。
ブラックホール: ブラックホールが作り出す非常に強い重力場は、周囲の時空を歪ませる。
極端な重力のため、何も逃げることができない。
Wormholes: They are very small in size and extremely unstable.
“ワームホール” by Kes47 (?) – File:LorentzianWormhole.jpg, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
