量子力学はブラックホールの消滅の背後にある理由を説明しようと試みる

ブラックホールについて考えるとき、私たちはすぐに太陽系よりも大きな天体を思い浮かべます。これらは、各銀河の中心に位置する有名な超大質量ブラック ホールです。しかし、観測されているブラックホールの大きさはさまざまで、惑星サイズから惑星系よりも大きいものまでさまざまです。

前世紀以来、物理学者は原始ブラックホールと呼ばれるブラックホールの存在の可能性を理論化してきました。これらの物体は、時空の構造における密度の摂動により、宇宙の最も初期の瞬間に生成されたものと考えられます。原始ブラックホールは、太陽系より大きいものから原子ほどの大きさまで、さまざまなサイズを持つ可能性があります。

ブラックホールの探索への取り組みが強化されているにもかかわらず、現在まで原始ブラックホールは観察されていません。彼らは、消滅するブラックホールというあだ名が付けられています。物理学者のグループは、この失踪の理由について量子力学を使用した新しい説明を提案しました。

宇宙論内で最も受け入れられているモデルの 1 つは ?CDM であり、ビッグバンの記述に関与するモデルです。このモデルによると、宇宙は膨張しており、過去のある時点で一点に凝縮されました。この点が拡大し始めたとき、それはビッグバンと呼ばれました。

ビッグバンの数分後に、宇宙が急速に膨張するインフレーションと呼ばれるプロセスが発生しました。この瞬間、時空の構造に存在していた乱れも膨張により増幅されました。考えられる説明の 1 つは、これらの増幅された摂動が数億年後により複雑な構造を可能にしたということです。

このインフレーションの結果の 1 つは、原始ブラック ホールの出現です。それらは、まさにインフレが発生し、密度差のある領域が崩壊したときに作成されたブラックホールです。物理学者のスティーブン・ホーキング博士は、これらの原始ブラックホールの一部は宇宙の最後の10億年で寿命を終えるだろうと推定しました。

1 つの仮説は、計算される暗黒物質の少なくとも一部は原始ブラック ホールが原因であるというものです。それらは孤立していて観察が難しいため、暗黒物質のような電磁放射を通してではなく、重力によって認識されるでしょう。しかし、なぜ標本が見つからなかったのかという謎はまだ残っています。

物理学の分野の 1 つは、量子力学と相対性理論の概念を組み合わせた場の量子理論 (TQC) です。アイデアは、標準モデル内に存在する粒子と相互作用を説明することです。 TQC では、粒子は空間内の各点に位置する場の励起として記述されます。

TQC の課題の 1 つは、一般相対性理論をその領域内の残りの記述と組み合わせることです。ダークマターもTQCの説明にはうまく当てはまりません。しかし、最近の研究では、TQC ツールを使用すると、原始ブラック ホールが消滅する理由を説明できると主張しています。

説明の 1 つは、宇宙とインフレーションの最初の瞬間に、波の振幅は大きかったが、波長が短かったということです。波長が短いほど、波のエネルギーは高くなります。これらの波は、最初の瞬間における原始ブラックホールの生成に関連していると考えられます。

この研究でわかったことは、宇宙の最初の瞬間とCMBとして知られるこれらの波を観測する際、観測される波長はわずか数個だけであるということです。これは、CMB 観測でも原始ブラックホールがほとんど観測されない理由を説明するでしょう。原始ブラックホールに関連するこれらの波長は無関係であろう。