接近するすべての物体をはじき飛ばす巨大な宇宙構造であるホワイトホールの存在は、いまだ議論の的となっており、一般相対性理論の数学から生まれた「幽霊」だと考えられている。
イベント・ホライズン・テレスコープがM87銀河の中心にある超大質量ブラックホールの画像を撮影しました。画像： EHTコラボレーション
ブラックホールは、重力が完全に崩壊する領域です。重力が宇宙の他のすべての力を圧倒し、物質の塊を特異点と呼ばれる無限に小さな点に圧縮します。特異点を取り囲むのは事象の地平線です。これは物理的な境界ではなく、単に特異点の周囲の境界線であり、重力があまりにも強いため、光でさえも逃れることができません。
巨大な星が死ぬと、その巨大な重力が中心核を圧迫し、ブラックホールが形成されます。ブラックホールに近づきすぎた物質や放射線は、その強力な重力に捕らえられ、事象の地平線の下に引き込まれ、ブラックホールは破壊されます。
専門家たちは、アインシュタインの一般相対性理論を通して、これらのブラックホールがどのように形成され、どのように周囲と相互作用するかを理解しています。一般相対性理論は時間の流れを考慮に入れません。方程式は時間対称であり、つまり、時間の流れが前進しても後退しても数学的に機能します。
ブラックホールの形成過程を撮影し、再生すると、放射線と粒子を放出する物体が見えるでしょう。そして最終的に爆発し、巨大な星を残します。それがホワイトホールであり、一般相対性理論によれば、このシナリオは完全にあり得るのです。
ホワイトホールは、ブラックホールとは逆の働きをする理論上の宇宙構造です。写真： Future/Adam Smith
ホワイトホールはブラックホールよりもさらに奇妙です。中心には特異点があり、端には事象の地平線があります。また、質量が大きく、強い重力を持つ天体であることにも変わりありません。しかし、ホワイトホールに近づく物質は光速を超える速度で瞬時に弾き出され、ホワイトホールは明るく輝きます。ホワイトホールの外側にある物質は、事象の地平線を通過するには光速を超える必要があるため、ホワイトホールの中に入り込むことができません。
しかし、一般相対性理論は宇宙論の唯一の理論ではないため、ホワイトホールの存在は依然として議論の的となっています。電磁気学や熱力学といった物理学の他の分野も、宇宙の仕組みを説明しています。
熱力学にはエントロピーという概念があり、これは単に系における無秩序性の尺度です。熱力学第二法則は、閉鎖系ではエントロピーは減少しないと述べています。
例えば、ピアノを木材チッパーに投げ込むと、破片の塊が出力されます。システムの無秩序性が増加し、熱力学の第二法則を満たします。しかし、同じ木材チッパーにランダムに破片を投げ込むと、無秩序性が減少するため、出力は完全なピアノにはなりません。したがって、ブラックホールの形成過程を単純に巻き戻してホワイトホールを得ることはできません。なぜなら、そうするとエントロピーが減少し、激しい爆発から星が形成されることはないからです。
したがって、ホワイトホールが形成された唯一の方法は、宇宙初期に何らかの奇妙なプロセスが起こり、エントロピーの減少という問題が回避されたという場合です。ホワイトホールは、宇宙の始まりの頃から存在していたのです。
しかし、ホワイトホールは依然として非常に不安定です。物質を引き寄せますが、事象の地平線を越えることはできません。光子（光の粒子）でさえ、ホワイトホールに近づくとすぐに消滅します。粒子は事象の地平線を越えることができず、システムのエネルギーは急上昇します。最終的に、粒子のエネルギーがあまりにも大きくなり、ホワイトホールはブラックホールへと崩壊し、存在を終わらせます。つまり、興味深いことに、ホワイトホールは実際の宇宙構造ではなく、一般相対性理論の数学によって作り出された「幽霊」であるように思われます。
Thu Thao （スペースによると）
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