1915年、アルバート・アインシュタインは一般相対性理論を発表した。 この理論によると、ニュートンが重力に関する彼の研究を発表して以来考えられていたように、重力は力ではありません。 アインシュタインは重力を時空そのものの曲げと見なした。
宇宙に巨大な物体を置くと、宇宙の生地に曲率が生まれます。 巨大なオブジェクトの近くのオブジェクトは、その曲率の測地線経路に従います。 このように、オブジェクトが互いに引き付けされているという錯覚が生まれる。 あなたが地球からボールを投げるとき、それは、その測地線経路に従って、オブジェクトが持っているいくつかの神秘的な力のためではなく、戻って戻る理由です。
測地線は、球体上の 2 つの点または地球のような他の曲面の間の最短の線を表します。
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ブラックホールやダークエンジェルスのアイデアは、アインシュタインの一般相対性理論から来ました。 一般相対性理論によると、オブジェクトの質量が大きければ大きいほど、時空間で作成される曲率が高くなります。 トランポリン上のボールを想像してみてください、小さいボールは小さな曲率を作成し、大規模なものはより大きな曲線を作成します。 したがって、オブジェクトに追加する質量が多いほど、重力の影響が大きくなります。
私たちの地球の場合、それは月がそれを周回したままになるように、それ自体の周りの空間を曲げる。 天体の近傍の物体に対しては、重力の影響から逃れるためにはエネルギーが必要です。 たとえば、地球の場合、オブジェクトは逃げるために11.19 km/sの運動エネルギーを持っている必要があります。 この速度は、オブジェクトが別のオブジェクトの重力の影響を逃れ、空間に入ることができるため、エスケープ速度と呼ばれます。 それは完全にあなたが脱出しようとしている天体の質量に依存します。 太陽は地球よりも巨大であるため、その脱出速度は615km/sであり、わずか1秒で615kmをカバーする必要があります。
一般相対性理論の出版から1年後の1916年、カール・シュワルツシルトという科学者は、物体の存在を予測する一般相対性理論の解決策を考え出し、その周りの空間を無限に湾曲させることができる。 さて、シュワルツチャイルドの解決策はブラックホールの現代的な定義を与えませんでしたが、それはこの神秘的な物体のさらなる探査への道を開きました。
ブラックホールの最初の近代的な定義は、1958年のデビッド・フィンケルシュタインの作品から来ました。 ブラックホールは、光さえも逃げることができない時空の領域として定義されます。 光は宇宙で最も速く、その速度は宇宙の制限速度であることを覚えておいてください。 アメリカの天文学者ジョン・ウィーラーは、1967年にブラックホールという言葉を作りました。 1971年、最初のブラックホールであるシグナスX-1がシグナスの星座で発見されるまで、数学的好奇心の結果と考えられていました。 その結果、科学者たちはアインシュタインの一般相対性理論をより信頼することになった。 2015年にLIGO天文台で発見された重力波を予測した。 4年後の2019年、EHT(イベントホライズン望遠鏡)チームは初めてブラックホールを捕獲しました。
アインシュタインが相対性理論に取り組んでいた時、宇宙の性質は静的であると考えられていました。 しかし、彼の方程式は拡大する宇宙を予測していました。 そこで、彼は宇宙定数と呼ばれる用語を導入し、後に彼は彼の最大の失態と呼びました。
1920年代、エドウィン・ハッブルが宇宙が拡大していることを発見したとき、アインシュタインはその新しい用語で方程式を並べ替えました。 今日では、ダークエナジーと呼ばれる物理学の問題である宇宙の拡大について説明しています。 まだ、なぜ宇宙が拡大するのか分からないので、それは謎と考えられています。 エドウィン・ハッブルがこの発見をした後、科学者たちは宇宙の拡大はビッグバンによるものだと考えました。 このシーンでは、パーティクルが中心から離れて移動することがわかります。 科学者たちは、同じことが宇宙で起こっていると考えました。 ビッグバンのエネルギーのために、その最初の推力のために銀河は後退しています。 時間が経つ間、それは重力のために減速する必要があります。 しかし、この問題は1990年代に天文学者が再び宇宙を観測した時に始まった。 その観察は科学者を驚かせた。減速する代わりに、宇宙の膨張率は増加した。 拡張率を引き起こす可能性のある理由は知られていませんでした。 宇宙が断食率で拡大する原因となっている何か他のものがあるに違いない。 宇宙を拡大させているこの未知の力は、ダークEnergy.Itと呼ばれるこのエネルギーは宇宙の68%を占めると推定される。 一方で、発見はアインシュタインの正しいことを証明していましたが、同時にいくつかの新しいアイデアが飛び出していたので、科学者たちはこの理論を疑っていました。
1970年代、ヴィラ・ルービンとケント・フォードは、非常に奇妙な何かを観察しました。 彼らは私たちの近くの銀河、アンドロメダを観察しました。 彼らの観測は、銀河の中心から離れた恒星が近くの星と同じくらい速く動いていることを示した。 彼らは銀河の中心からこのような巨大な距離で速く移動している場合,彼らは離れて飛ぶ必要があります.
回転する車輪を想像してみて、車輪がゆっくりと回転していて、それに水を置くと、それは車輪に固執したままになります。 しかし、速く動かすと、車輪の水が離れて飛びます。 銀河の場合も同じことが起こっているはずですが、それは反対です。 飛び去る代わりに星はそこに残っている。 これは、重力が星を後退している余分な問題がある場合にのみ発生します。 しかし、天文学者は、この現象をサポートすることができ、そこに関係なく見ました。 一般相対性理論はこれを説明することはできません。
今日、科学者たちはこの問題を「ダークマター」と呼んでいますが、直接観察することはできませんが、そこにあります。 科学者は、すべての銀河がこの未知の重力源を持っていると言います。 そして、初期の宇宙では、銀河の形成に重要な役割を果たしたに違いない。
推定によると、宇宙の27%は暗黒物質でできている。 これは、私たちが見ることができる観測可能な宇宙の全体である何兆もの星や惑星が、宇宙全体の5%しか作れないのは恐ろしいことです。 一部の科学者は、これは一般相対性理論が不完全であることを示していると考えており、それを修正する必要があります。
2010年、弦理論家のエリック・ヴェルリンデは、星を抑えるために目に見えない物質(ダークマター)がないことを示唆し、重力理論はこれを説明することはできません。 彼の新しい重力理論は、創発重力と呼ばれ、通常は暗黒物質を物語に挿入することによって記述される動きの全く同じ偏差を予測する。 彼は一般相対性理論はまだ不完全だと考えており、それを修正する必要があります。 彼はそれに取り組んでおり、すぐに解決策を見つけたいと考えています。
これは、暗黒物質が一般相対性理論の失敗である方法を示しています。 ニュートンの重力理論で起こったのと同じ限界があり、宇宙の性質を大規模に記述できませんでした。 科学者が理論を疑うもう一つの側面は、理論自体、すなわちブラックホールによって予測される物体に関連している。 ブラックホールは、星が超新星と呼ばれる壮大な爆発で私たちの太陽の少なくとも3倍の巨大な死ぬときに作成されます。 この爆発は宇宙に物質を広がったが、コアはそこに残っている。 巨大な星のコアは、それ自体に内側に崩壊し、無限の密度とゼロボリュームを持つポイントを作成します。 この点を特異点と呼ばれます。 特異点とは何ですか? 特異点で何が起こるのでしょうか? 科学者はこれらの質問に対する答えを持っていません。 そして、一般相対性理論はブラックホールの中で働くのをやめる。 アインシュタインのフィールド方程式は、科学者がそれらを適用しようとすると壊れます。 そこには時間がありません。 スペースはまったく意味をなさない。 たぶん、最悪の事態は、さらに正確な理論、量子力学に合わないということです。 量子力学は、物質の挙動を極めて小さなスケールで表現する。 しかし、重力が量子レベルでどのように機能するかを記述する理論はありません。 両方の理論が組み合わされようとするたびに、災害が発生します。 例えば、一般相対性理論は、電子が質量を持つため、時空間を大量に曲げると述べていますが、時空は曲がりますか? 量子力学から、電子のような量子粒子は一定の位置を持たないことが分かっています。 これらは同時に複数の場所にあります。 では、重力も同時に異なる場所にあるのでしょうか? ダブルスリット実験では、電子は両方の正孔を同時に通過します。 重力はどこにあるのか? アインシュタインの一般相対性理論は失敗し、これらの質問に答えることができない。 どちらの理論も彼らの場所で素晴らしい仕事をしていますが、彼らはお互いに互換性がありません。 しかし、ブラックホールのような場所では、彼らは一緒に働かなければなりません。 両方の理論を統一するための検索はまだ続いているし、M理論やループ量子重力のような異なる候補もありますが、まだ証明されていません。