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Twitterで⬅️ ブラックホールとビッグバンに関する質問に答えました


ビッグバンの瞬間、ブラックホール化しない何故?
⬆️ Twitterで答えた時は、文字数制限から、複雑な箇所や、構造的には単純だが
文章的に複雑になりがちな要素等で省略した内容を追加して、おぎないつつまとめておきます。

ビッグバンの瞬間、全宇宙の質量が一点に集まっていて、ブラックホールより密度が高かったと思うが、
なぜ宇宙全体がブラックホール化しなかったの?


⬆️ この理由について多角的に攻めてみた。
素粒子とブラックホールのサイズ感
⬆️ 物質や原子を素粒子サイズで見ると、想像以上に明らかな間が有ります。
たまにCERNのLHCで量子ブラックホールを作ろうとしているというニュースで「危険だ!」「地球が飲み込まれるだろ!」等騒がれますが、そもそも自然現象で現在、人工物最大の大型ハドロン衝突型加速器以上の素粒子の衝突が起きていて、オーロラ等でも反応光を見られるが、ある日地球や木星が消えた等の現象は観測された試しが有りませんし、陽子質量がブラックホールになっても陽子質量のままで、その他物質を飲み込む力も陽子と同等で、その前にホーキング放射で蒸発して、消えてしまいます。
しかしアメリカでは裁判沙汰にまでなった問題でもある。ホーキング放射なんてホーキングが言ってるだけじゃないのか?必ず起きる保証は有るのか?
まずこの時空では、量子ゆらぎ(素粒子が表れては対消滅する)という現象が常にランダムで起きている。それがブラックホールの境界面で起きる瞬間が必ず来て、その素粒子とブラックホール内の素粒子とが衝突して対消滅し、片方が外に放出されるというタイミングが、無数のゆらぎの中で必ず有る。
それをブラックホールの外側から見ると、蒸発している様に見えると言うわけだ。



暗黒エネルギーを予言していたアインシュタイン
⬆️ アインシュタインは当初、定常宇宙(膨張その他、無限に変化の無い絶対的宇宙観)を信じていた。
アインシュタイン方程式は:宇宙の広さ=宇宙の歪み+宇宙項=宇宙のエネルギーというかたち。
膨張宇宙は1929年加速膨張は1998年の発見。当初減速膨張が広く信じられていたが、重力の影響のみによって説明する事が無理となった。未知の見えない力、暗黒エネルギー。



無限広、ホログラフィック宇宙論
⬆️ 無限広の宇宙は、WMAPの観測で宇宙に曲率が無く、観測誤差の範囲で丸いか、真っ直ぐかのどちらかだという結果から言われている。
ブラックホールとビッグバンは方向が違うだけで、同じ数式構造だと言われます。 ホワイトホールも全く同じに見えますが、未発見なのは、存在しても外側から見た時、膨張していようとも自身の重力からの"事象の地平面"(重力からの脱出速度が光速を超える境界面)が外側に出来て、ブラックホールと観測上区別がつかない説も有る構造だからかもしれない。
ホログラフィック原理のそもそもは、ブラックホールの情報消失パラドクスの解消の考察の過程で誕生してしまったもので、常識的には奇怪な理論だ。
ホログラフィック原理とは、エントロピーや様々な物理量を有した物質がブラックホールに落ち、ホーキング放射で蒸発する時、外側に蒸発した素粒子は完全に量子ゆらぎ起源のランダムで、質量以外の熱力学的情報が完全に消失して、保存されない様に見えるパラドックスの解消のため、情報は事象の地平面のホログラフィック的2次元に残ると示した理論だ。この原理を単に私達の宇宙に適応すると宇宙境界面のホログラフィック面に宇宙内の物質の分身的情報が有り、どちらが本体かは確定出来ない等の回答が出るが、現在未完成の理論となっている。(この説によると、私達の宇宙はブラックホールの構造と等価だと言う事が出来、一見質問者さんへの一部回答とも取れるが、なぜ超質量がビッグバン膨張出来たのかと言う疑問を無視しているよね)



時空のゆらぎ→インフレーション→ビッグバン
⬆️ これは構造的には単純ですが、常識が邪魔をして分かりにくいかも知れません。
常識的には、「ビッグバンは点から始まった」と言います。しかし現在では、それ以前にインフレーションという時空の指数関数的膨張があって、広さと温度の一段落あった後の再加熱膨張がビッグバンです。(WMAPの観測結果がインフレーション理論の予測とほぼ一致。)



エキピロティック宇宙論
⬆️ 超新星というのは、太陽質量の8倍以上の恒星が寿命で水素燃料を使い果たし、これ以上核融合と重力のバランスを保てなくなった時に起きる爆発です。(つまり30〜50億年後の、水素燃料を使い果たした太陽では起きない。)
その残存物として、中性子星やパルサー、マグネター等が残り、時としてブラックホールともなります。
ではなぜ、超新星爆発に出来て、ビッグバンでは出来ないんだ?と疑問に思うかも知れません。その答えは後のTwitterの投稿で⬇️
しかし私達の宇宙の外側を、ほぼ均等におおい尽くす外圧か、次元を横断した爆発のどれかが必要で、まあ無理でしょうと素案にマジレスも置いておくが、(↑逆に、現在の宇宙をブラックホール化する方法について)
エキピロティック宇宙論とは、超弦理論の発展したM理論から派生した原理で、ビックバンは膜宇宙どうしが衝突した時に起きたとする説だが、それだと宇宙密度にもっとムラが出来るはずで、観測と合わない様にも見えるもの。



ビッグバンと超新星爆発の差異
⬆️ この時点で私は「あれ何でだ?」初期宇宙に現代宇宙論に反する様な大質量ブラックホールがあったと言うが、あれはビックバン直後、スグではないとされるが、実はビックバンの残骸だったのか?それでも全体がブラックホールとはならないが…。そもそもインフレーションは問答無用で起きなきゃいけないモノだったのか?と疑問を廻らせた結果は下で辿り着けました ⬇️

宇宙の終焉説のいろは
⬆️ 宇宙や時間の初まりがあれば、終わりもあるとの説が、観測と熱力学の代2法則(エントロピーの増大)と相対性理論やビッグバンとの関連から理論物理的に出た予測で、他にはビッグチル(原子の寿命で冷温終結)、ビッグリップ(急加速膨張で原子構造崩壊)等もある。

高次元空間から時空の場を創世
⬆️ 超弦理論によると素粒子の質量やふるまいの違いはひも状の素粒子の振動の違いで、私達の宇宙の物理法則や、素粒子の振動具合や強さ等の定数は、余剰次元のかたち(カラビ-ヤウ多様体)の影響で決定され、その型は10^500(ゼロが五百個並んだ数)パターン発見され、多元宇宙の種類の数に対応するという解釈があるが。例えば強い核力や電磁気力が弱過ぎたりすれば、原子がすぐに崩壊して物質を保てない宇宙が出来てしまう。逆に強すぎればすぐにブラックホール化してしまう宇宙も在るかもしれない。この様に私達の宇宙ではなく、インフレーションがさらに弱い多元宇宙等(真空エネルギーの関連からインフレーションがさらに強い宇宙の方が大多数だとの予想も有る)を想定すれば、質問者さんが言う様なブラックホールに潰れる宇宙の存在もあり得ると言う事になる。
これの分かりやすい解説映像があったので紹介しておきます⬇️



参考にぜひご参照を ⬇️

宇宙と物質の創造


質問者さんの疑問は、多元宇宙を考慮に入れれば有り得て、私達の宇宙も外から観測出来れば、ブラックホールと等価かもしれないという感じになったかな。


Twitterでブラックホール周辺の質問に答えた 関連投稿。

重力の引力と斥力の対称性について (ワームホール等)
光子に質量が無いという性質について
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重力の引力と斥力 ⬅️ Twitterでブラックホール周辺の質問に答えました


ブラックホール周辺の質問ない?

⬆️ Twitterで答えた時は、文字数制限から、複雑な箇所や、構造的には単純だが
文章的に複雑になりがちな要素等で省略した内容を追加して、おぎないつつまとめておきます。



重力ってなんで、斥力見当たらんの? 引力しか無いし磁力とかと違いすぎない?
重力の引力と斥力の対称性について
4つの基本相互作用の対称性と統一の困難
⬆️ 4つの基本相互作用の図解

ワームホール的ブラックホールと斥力
⬆️ ワームホールから抜け出すにはホワイトホール的な斥力が無いと、
超光速の脱出速度が必要となって超重力に捉えられっぱなしになってしまいます。


⬆️ 質問者さんは斥力は無いと明言されますが、問題は理論上は有るのに、分かり安いモノは発見された試しが無いところかも知れません。
斥力として有名なのにホワイトホールがありますが、未発見な理由として、存在したとしても、超重力に対して事象の地平面が出来て、観測上ブラックホールと区別が付きにくいところもあるかと思います。
あとは斥力はわずかには存在して、それは量子ゆらぎ(Gif映像のイメージ ↑)による真空エネルギーで、これは暗黒エネルギーの源との説もありますが、単に当てはめるとエネルギー量が明らかに合わない難点も有り、現在も真相不明ではありますが、これも斥力です。また斥力は遠心力と等価な(同じと言って良い程区別が付かない)力でもあります。


ホログラフィック原理
⬆️ 前の Twitter投稿のあたま「ただし」から始まる一文は、私達の宇宙の物理ではどうやらワーム航法的運用は無理そうだという事にかかっています。(なんだか日本語が微妙だった。) ワームホールの利用が可能とされていたのは、一般相対論的にブラックホールの特異点まで超重力で無限に押し込めても、それをせき止める原理が理論上存在せず、そのままホワイトホール的に突き抜けるとするのが、理論上素直だったから。
その予言は1936年にアインシュタインとローゼンが提唱して、その後カール セーガン博士が小説「コンタクト」の執筆のためキップ S ソーン博士に依頼して、構造が示された。それには安定させ通過可能にする為の負の物質(斥力源のエキゾチック物質)が必要で。未発見の負の物質以外において実現不可能とは言えないとされていた。


物理法則の対称性と例外の存在
⬆️ そもそも引力とは、+の質量から、斥力は−の質量の物質から作用します。重力は、引力も斥力も生み出す。
多元宇宙は永遠のインフレーション等ビッグバン以前を扱う複数の理論物理から導き出された事象。


量子ゆらぎ
Screenshot 2016-10-01 午後5.51.41
Screenshot 2016-10-01 午後6.00.49
⬆️ 質問者さんのカッコ内の文脈の私なりの解釈は「時間軸の存在しない次元にプランク時間を適応させた状態に解釈したもの」といった感じだったが、合っている保証は無いけど。("プランク長"と言うのが理論物理的な最小の小ささで、それの光速の横断にかかる時間を"プランク時間"と言い、理論物理的に最小の時間の量子的な単位) 超質量天体、時間とエントロピー
⬆️ 物理的に明確な”現在”の区別は無く(相対論的には、各々で相対的にズレが有ります。)、エントロピーが全体では、絶対に収束方向に進行しない(一部でまとまる事は有る)法則や構造を発見、定義出来ていなかった。なぜか絶対的一方向で、(整った条件は限られた状態で、確率的に有利な方向に進行するが)逆方向には増大しない。時間も同じ様に感じる。(質量や、その位置等のエントロピーが、時空の重力場として表れるという仮説もあります)
1年の長さは、現在までの人生を全体のひとつとして、それを年齢で割ったのが、感覚的な1年の長さだから、毎年短くなって行きます。
脳には年等の大幅な単位、時刻に、分や秒、そしてリズムを刻む時計が別々にあると言われ、集中力等で収縮します。また細胞レベルでも有り、エネルギー消費と循環と関係が有るとも言われ、動物毎でも異なる様です。
さらに今起きた事象を認知するのにラグが有り完了した時点を今と認識したり、数秒前の無意識の判断をリアルタイムで今決定したと意識したり等、多層的で、ジャンルを横断した難解さがあります。


Screenshot 2016-10-01 午後10.15.33

ここまでで、重力の引力と斥力の対称性と、希少さのアンバランス感や、時空に関連した話しをして来たが、ワームホールが私達の宇宙で実現不可能な事が、真に証明された試しは無い (特定の方法の否定が示された事は有る)。それには量子重力理論の完成を待つ必要が有る。それでも私達の宇宙に存在しそうにも無い負の物質が、低燃費な原理でさえ木星質量程か、通常はあからさまに大量なエネルギーの運用が必要な事は変わらず。ただでさえ途方も無い話しな事に変わりは無いけれども。負のエネルギーと遠心力が等価だとも示したので、これとカーブラックホールのリング状の特異点等を組み合わせて超文明がやってくれたら良いかな、とも思いますけども。超距離光速運航はタイムマシンの概念とも直結しますからね。
他には時空の波を利用したアルクビエレドライブというものもあるが、サーフン以上に難しい様だ。
ちなみに、ワームホールとは虫食い穴、ワープはゆがみの事で、3次元+時間軸の時空を超重力でゆがませ利用する。



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光子と質量 ⬅️ Twitterでブラックホール周辺の質問に答えました


ブラックホール周辺の質問ない?

⬆️ Twitterで答えた時は、文字数制限から、複雑な箇所や、構造的には単純だが
文章的に複雑になりがちな要素等で省略した内容を追加して、おぎないつつまとめておきます。


ニュートリノの様に光速で移動の光子も、質量を持っていたと将来なる事は有りそうか?
  ニュートリノみたいに光子にも?
ニュートリノ振動

⬆️ ニュートリノ振動は1962年に予測の定式化、1998年にスーパーカミオカンデで観測され2015年に日本人ノーベル賞で話題となって、印象に残っているかもしれない。
これはニュートリノが電子、ミューオン、タウ粒子間で周期的な変化をしているという事で質量の保持が示された。素粒子と力学の標準モデルでは想定外で、当初は質量を持たないともされていた。
光速度とは、電場と磁場での周期的な反応速度の結果で、光子の粒子的実体は無いという解釈もあったくらいで、
このため相対論的に時空がゆがんでいた時、そのゆがみにそって反応が進むことで、「重力で光線がゆがむ」という結果となる。


ウィークボソンの質量

⬆️ 1つの素粒子の存在出来る寿命は、質量からの制限との一面も。
なので、質量を持つと遠方銀河の光が地球に届く前に疲れ果てたかの様に消えてしまうでしょう。


遠方銀河
⬆️ 1つの天体を分光器でスペクトル解析しようとすると、北半球からと南半球からでズレが出る事がある。
光速度変動理論はジョアオ マゲイジョが提唱、その他いくつかのモデルが有る。
暗黒エネルギーについては、確定的な事が何も解っていないに近く、「今後」とは一体…?
 分光器の参考⬇️

ミクロ⇔マクロ
光子のエネルギー
ゲージ粒子、ループ量子重力理論

⬆️ 現在の標準モデルでは、あらゆるエネルギーはゲージ粒子が仲介して伝えている事になっている。
"ループ量子重力理論"とは、時間や空間までも"プランク長”の最小単位によって量子的(時空は無限に細かくない。飛散的。ドット、ピクセル的。)に扱う事で、量子重力理論を組み上げようという未完成の理論。

という事で「光子に質量は無い」という事や多角的な性質の話しでした。


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人類史年表 6 (量子力学と観測問題、情報とエントロピー、量子コンピュータやフェルマーの最終定理等)


人類史年表。興味順でも年代順でも、みやすい順で。 [ PCやiPadからの観覧を踏襲。iPhoneでもまぁ、みれますが、 その場合は興味の年表画像を、本体に取り込んでから標準写真App等からゆっくりみた方が見やすいかもしれません。]
↓ ごゆっくりどうぞ。

1. 類人猿から文明と宗教、哲学の史実
2. 天文と実験科学の開拓史
3. 天文と地上、電気と磁気の統一、そして熱力学
4. 光速と時間と空間から、重力とエネルギー
5. アインシュタインと量子論と究極の理論探究や核物理学、チューリング等
6. 量子力学と観測問題、情報とエントロピー、量子コンピュータやフェルマーの最終定理等 ←(ココ)
年表や解説の参考、出典ソースです。

                         


量子力学の観測問題。情報とエントロピー増大の絶対的一方通行性から、ブラックホール情報の保持問題。
ビッグバンの余熱的 宇宙背景放射とWMAP。
古典コンピュータと量子コンピュータの計算原理。超弦理論や、フェルマーの最終定理の証明等 1953年〜2012年までの現代物理学の年表と解説。

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人類史年表 5 ( Einsteinと量子論に究極の理論探究、核物理学やチューリング等)



年表や解説の参考、出典ソースです。

                 


アインシュタインやプランクらによる量子論の開拓から量子力学へ、究極の理論の探究から標準模型。無限問題の出現に、くりこみ理論適応や核物理学、マクスウェルの悪魔やチューリングらの、1918年〜1953年までの現代物理学の年表と解説。

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人類史年表 4 (光速と時間と空間から、重力とエネルギー)



年表や解説の参考、出典ソースです。

                       



ニュートンが築いた世界観や常識を再構築。これまでの"時間"や"空間"という当たり前過ぎる概念が、宇宙の本質要素として、異なる特徴に気付いた アインシュタインの偉業、1878年〜1917年までの年表と解説。

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人類史年表 3 (天文と地上、電気と磁気の統一、そして熱力学)



年表や解説の参考、出典ソースです。

             


天体の規則と、地上の物理法則を数学と観測を用い統一した ニュートン
電力と磁力の原理の統一、熱力学の発見と進展。マクスウェルの悪魔は、矛盾か本質像か?等、アインシュタインにいたるまでの基礎構築、1642年〜1873年までの年表と解説です。

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人類史年表 2 (天文と実験科学の開拓史)



年表や解説の参考、出典ソースです。

       


天文、数学史、実験と証明による科学の夜明け、150年〜1642年までの年表と解説です。

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物理科学系でよく見る図、自分用まとめ


放射線電磁波の分布図。

宇宙論力学の分布図。




物理科学系でよく見る図ですが、自分で使い易い様にまとめたものです。
マインドマップ用のソフトを使いましたが、補足、解説を入れたり、矢印のデザインの使い分け等で"力学"や"学問"等の流れを意味分け、使い分けする事も出来なかったので、不便でした。
誰か、ゆうずうの効くマインドマップ的ソフト知りませんかね?

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学問の解釈。


辞書よりも個人的に細密な定義を模索。
物理学や哲学、科学的事実と医療的事実、明らかな差異、その解釈と足場等。


学問: あらゆる人、場所、時代で再現可能な知識構造体系。
数学: 数式という原理世界の言語活用と可能性追求と研究。
科学: 反証可能な事象の規則関係や体系的構造原理、その真理、本質を研究する学問。
物理: 自然の物質、現象の本質に対して、客観的観察と実験 データに基づく研究、反証可能な学問。
特定の領域に対して複数の「科学的に正しい」仮説も有りえて将来、説がくつがえる可能性もある。
化学: 原子や分子、その構造、それらの化学反応や相転移、性質作用を扱う実験的自然科学。
医学: 人体の病気の原理作用の関係構造を研究し、その予防、治療のための研究。
医療: 病気の原因や予防、治療法の明確な解明と安全が、国に認められているものを扱う。

理論物理学: 実験物理から、より根源的力学原理を数学的構造で探求する。実験検証困難なものを含む研究。
哲学: 世界構造や社会構造、あるいは、それらと心や自己との関係構造や、己自身を能動的に考察する学問。
宗教: 宇宙は神等、究極的構造に基づき出来たとする事象の意味付け。心の救済、心的世界信仰。

疑似科学(エセ科学): 科学ではない概念を、その様に提示し降るまう。
宗教的科学解釈: 自然現象は、科学理論に基づいて起きている。
科学的解釈: ある自然現象が、化学原理で成り立つ。天体現象は物理科学で説明出来る領域がある。


辞書のみでなく、自分でそしゃくし要約する事、各々の認識の足場確認も重要だと思い、まとめました。


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