宇宙的な疑問を提起: ブラックホール内では何が起こっているのか?

AIの挑発的な主張:「人間は無知だ」

次の興味深い質問を考えてみましょう。 ブラックホール内部の時空の次元とは? AI からのさまざまな応答は、私たちの現在の理解と限界の両方を浮き彫りにします。

パブロ・カルロス・ブダッシ、CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0、ウィキメディアコモンズ経由

第一の視点:四次元時空の連続性

ある回答では、ブラックホールに落ち込む物体は次元を失わないと主張しています。この見解では、事象の地平線の内外を問わず、時空は 1 次元構造 (空間の XNUMX 次元と時間の XNUMX 次元) を維持します。特異点 (密度が無限大になる点) は、実際には XNUMXD に縮小された状態ではありません。代わりに、ブラックホールに入った後に一般相対性理論が破綻する点を表します。ループ量子重力理論などの量子重力理論では代替案 (たとえば、特異状態を回避する「バウンス」) が提案されていますが、これらのアイデアのいずれも次元数の縮小を伴いません。

第二の視点:特異点における次元の崩壊

同じ AI からのその後の応答は、異なる視点を強調しています。アインシュタインの理論では、特異点は無限の密度と極端な時空曲率の点として定義されています。それは、一般相対性理論の方程式が「破綻」する場所です。この古典的な図式では、時空は明確に定義された 3 次元構造 (1 つの空間次元と 0 つの時間次元) を失います。回転しない、またはシュワルツシルト ブラック ホールの場合、特異点は 1D 点として説明されます。対照的に、回転する (カー) ブラック ホールの場合、特異点は XNUMXD リングの形をとります。

アーバンレジェンド、CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/、ウィキメディアコモンズ経由

矛盾の解決:数学モデルの成果物

AI は、一見矛盾しているように見えるこれらの応答を説明する際に、一般相対性理論では特異点は物理的な物体ではないことを思い出させます。特異点は数学的な人工物です。「0D」と「1D」というラベルは幾何学的な略語として機能し、古典的な理論が失敗する場所を示す概念的なプレースホルダーです。実際、これらの呼称 (「ここにドラゴンがいる」) は、特にブラックホールを含む極端な重力環境に関する現在の理解の限界を認めています。


理論物理学における未知への挑戦

要約すると、ある見方では、 時空は残る ブラックホールへの旅の途中で、宇宙は0次元のままである。これは、一般相対性理論が特異点で崩壊する場合でも当てはまる。別の見方では、特異点の近くでは、おなじみの1次元の枠組みが失われると示唆されている。ブラックホールの回転に応じて、XNUMXDの点またはXNUMXDのリングに崩壊する。結局のところ、どちらの答えも、現在の理論の限界と、一般相対性理論と宇宙を統合するという継続的な課題を思い出させるものである。 量子力学.


スティーブン・ホーキングの洞察:私たちの限界を明らかにする

26年2016月XNUMX日に行われたスティーブン・ホーキング博士のリース講演での画像は、この点をさらに強調しています。ホーキング博士の洞察は、 現在のブラックホールのモデル それらは現実の多くの側面を捉える一方で、私たちの知識の大きなギャップも明らかにします。

量子重力理論がうまく開発されるまで、これらの説明は近似値のままです。それらは私たちの理解力だけでなく、人間の無知も反映しています。

画像: より スティーヴン·ホーキング リース講演会、26年2016月XNUMX日

宇宙スパゲッティ:波動粒子二重性とトンネル効果の比喩的探究

以下は、弦理論と光子の比喩です。比喩は数学的概念を説明するためによく使用されます。ただし、すべての比喩が同等に扱われるわけではありません。

熱心な説明者、レイ:

これを理解しましょう。
以下の比喩は、光子、トンネル効果、余剰次元の仕組みを正確にモデル化したものではなく、想像上の図解です。量子力学の特徴と弦理論の推測的要素が混在しており、現在の科学的理解を反映していません。

光子を想像する

量子トンネル効果を示す点状または線状の光子の視覚モデルを見つけようとしたが失敗した後、私は、光子は自然な状態では、曲がりくねった(回転する)実体、つまり宇宙のスパゲッティのようなものだと言うつもりだ。ぐにゃぐにゃした夕食のようなものではなく、 アルデンテ 活発な宇宙ウナギのように頭と尾を使って 4D 空間をくねくねと動き回るようなものです。もちろん、比喩的に言えばですが。

曲がりくねった光子体は 3 次元と 4 次元にまで広がります。このモデルは、光子の二重性の点状の粒子の側面 (頭部) と波状の側面 (曲がりくねった部分) を説明します。

困惑する現実主義者、カート:
その視覚化は比喩であり、量子力学や弦理論で受け入れられているどのモデルとも一致しません。それが量子トンネル効果の壮大な理論ですか?

レイ:
さて、この光子が物理的な障壁にぶつかると、卵が光速でレンガの壁にぶつかるときのように、光子はゼロと 1 次元に押しつぶされます。 スプラット 0D と 1D の次元は空間や時間を認識しません。これにより、光子は固体をほぼ瞬時に (光よりも速く) 通過することができます。

それは素人にとってわかりやすい比喩と説明です。

カート:
トンネル効果を「次元圧縮効果」として説明し、瞬時に移動させるというのは、確立された物理学に何の根拠もない比喩的な誇張だ。なぜ彼らはズルをしているだけだと言わないのか?「ああ、失礼、バリア、ヨガに遅れた幽霊のように原子構造を通り抜けているだけだよ」

レイ:
科学にはドラマが必要です! 光子の曲線が 1 次元に押し込まれます。宇宙で最悪のパンケーキと考えてください。空間も時間もありません。 ひどい。 壁を通り抜けます。光より速く、カロリーはゼロです。

カート:
光子が卵のようにレンガの壁にぶつかるというあなたの説明は斬新で、現在の科学的理解の一部ではありません。物理学者たちは、このことであなたを非難しなかったのですか?

レイ:
彼らは議論に忙しすぎます!「位相速度」なのか「信号速度」なのか、信号が光より速く障壁を通り抜けられるかどうかについて30年間も議論しています。まるで2羽のオウムが「因果関係!」と鳴き合っているようなものです。「真面目な」科学者は、いかなる状況でも光より速く移動しながら情報を伝達できるものは何もないと言います。

一方、光子は、現実への VIP パスを持っているかのように壁を通り抜けて光っています。波動粒子二重性は、弦理論ではなく量子力学 (QM) の基礎です。説明のために両方に取り入れました。そのため、この文脈では比喩が意味を成します。

カート:
波動粒子二重性は量子力学の概念であるという主張は正しく、それを弦理論の文脈でこのように持ち出すのは挑発的です。

レイ:
この比喩は、トンネル効果を次元圧縮効果として表しています。

カート:
これは現在、弦理論や量子力学の根拠がありません。「次元圧縮」—私の最後の関係のようです。

NASA の光子の図解。オタマジャクシのように見えます (高エネルギーの光子はより速く回転すると思われます)。

レイ:
NASAのこのイラストでは、1つの光子(紫)が別の光子(黄色)の100万倍のエネルギーを運んでいます。NASAはSFコンセプトアートの達人です。「紫色の光子は100万倍も魅力的です! 姿勢。'

カート:
どうやら、NASA の図解は議論を単純化し、促進することを目的としているようです。高度な物理理論における光子の挙動を文字通りに説明しているものとして受け取られるべきではありません。科学は 5% が方程式で、95% が比喩を使って宇宙は漫画であると人々に納得させることです。

レイ:
つまり、トンネル工事はただの…実存的危機による宇宙テレポートなのでしょうか?

カート:
まさにそうです!光子の存在に対する恐怖がそれを点へと崩壊させます。 私は誰?時間はどこにある? そしてバタンと障壁を通り抜けた。実存主義:1、物理学:0。そうでなければ、 算数。  そして誰もそれを望んでいません。

ナレーター(低い声):
したがって、量子力学の謎は依然として残ります。
しかし、少なくとも比喩にはレベルアップが必要だと全員が同意した。