「重力は幻想だ」 - 重力波を予測する理論は間違っているかもしれない
「重力は幻想だ」 - 重力波を予測する理論は間違っているかもしれない
(図 グラビティ クレジット NASA) (Fig.) アーティクル・イメージ
「私達は、この新しい重力への見解は、実際に観測と一致する証拠を持っています」と、オランダ(Dutch)の理論物理学者であり弦理論のエリック・ヴェルリンデ(Erik Verlinde)氏は述べています。「大きなスケールでは、重力はアインシュタインの理論が予言するような振る舞いをしていないようです。」 グラビテーショナル・ウェーブ(重力波)の検出（上記画像）は、ノーベル物理学賞の2017年になりました。
だが、ヴェルリンデ氏は、かなり異なる理論 – エマージェント重力理論(emergent gravity) - を提案しています。
「私のような多くの理論物理学者が理論の改訂に取り組んでおり、いくつかの大きな進歩がありました。 私達は新しい科学革命の危機に立っているかもしれません。宇宙、時間、重力の本質についての私達の見解を根本的に変えるでしょう。」
私達が物理学で持っている、大きく開かれた質問の1つは、このようになります。アインシュタインの一般相対性理論は、エレガントで正確です。それは多くの正しい予測を行い、重力波の予測を含み、その観測は今日のノーベル物理学賞を受賞しました。しかし、一般相対性理論を使って銀河の動きを予測すると、間違った答えになります。これに対する好意的な応答は、いわゆる「ダークマター(dark matter)」物質のことで、新しいフォームを発明することになりました。銀河の目に見える物質にこれを適切に加算すれば、理論と観測が一致します。しかしこれはマイナーな修正ではなく、ノーマルマター(normal matter)[通常の物質]よりも遥かに大量のダークマターが必要です。
さらに、ダークマターは、他の総ての物質と同じ様にクォークと電子で構成されているようには見えません。実際には、粒子物理学の標準モデルの粒子のどれかで構成されているようには見えません。それが大きな問題です。これに答えるために、理論家は、標準モデルに新しい粒子を含む新しい拡張を仮定します。そこからダークマターが作られるかもしれません。私達は、CERNの大型ハドロン・コライダー(Large Hadron Collider)と高感度な地下探知器を使用して、こうしたものを積極的に探しています。
しかし、別の方法があるかもしれません。おそらく、一般相対性理論は新しい理論を与える代わりに修正することができるでしょう。そうして、銀河の動きと宇宙の構造が正確に予測され、ダークマターの必要性はありません。多分、宇宙が加速して拡大していること、さらには現在の物理学の別の混乱について、そんな理論で説明することができます。恐らくダークマターは神話的な獣であり、私達が自然をより徹底的に探究していくことで、私達の無知の象徴は蒸発し消えます。重力には、ヴェルリンデ氏のような新しいアプローチが急務です。それは量子物理学とうまく結合しないからです。両方の理論、20世紀の物理学の王冠の宝石は、同時に真実であることはできません。極端な状況では、ブラックホール付近やビッグバンの瞬間で、問題が発生します。
重力の新しい理論は、銀河での星の興味深い動きを説明するかもしれません。エマージェント重力、新理論がそう呼ばれるように、これまでダークマターを持ち出すことによって説明される動きと、正確に同じ偏差を予測します。アムステルダム大学(University of Amsterdam)の弦理論の有名な専門家、理論物理学のデルタ研究所のエリック・ヴェルリンデ(Erik Verlinde)教授は、今日、彼が重力の性質についての画期的な見解を広げる新しい研究論文を発表しました
2010年に、エリック・ヴェルリンデ氏は、完全に新しい重力理論で世界を驚かせました。ヴェルリンデ氏によれば、重力は自然の基本的な力ではなく、エマージェントな現象です。温度が微粒子の動きから生じるのと同じように、重力は、状態[インフォメーション]の基本的なビットの変化から現れ、まさに時空の構造に格納されます。
彼の2010年の記事（重力の原点とニュートンの法則）では、ヴェルリンデ氏は、ニュートンの有名な第二法則、どのようにリンゴが木から落ち、衛星は軌道に留まるかを記述しているについて、これらの基礎をなす微視的構成単位から誘導できることを示しました。以前の彼の仕事や他人の仕事を拡張し、ヴェルリンデ氏は、困惑するダークマターを加味することなしに、銀河の星の興味をそそる行動を理解する方法を示しています。
Erik Verlinde: Gravity Doesn't Exist | Big Think
(8:25) 2011/06/10
銀河の外縁部は、私達の天の川銀河(Milky Way)のように、星、惑星、星間ガスのような一般的な物質の量によって説明されるよりも、はるかに速く回転します。何か他に重力の必要量を構成しなければならないので、物理学者はダークマターの存在を提案しました。ダークマターは、私達の宇宙を支配するようであって、総ての物質の80％以上を占めています。未だ、ダークマター粒子は、それらを検出する多くの努力にもかかわらず、決して観察されていません。
エリック・ヴェルリンデ氏によれば、神話的なダークマター粒子を理論に加える必要はありません。新しい論文では、ヴェルリンデ氏は、彼の重力理論は天の川銀河の中心を回って回転する星の速度を正確に予測する方法を示しています。これには他の銀河内の星の動きも含まれます。一見すると、ヴェルリンデ氏の理論は、MOND（修正ニュートン力学 Modified Newtonian Dynamics）のような修正された重力理論に類似した特徴を提示します。しかしながら、MONDが観測と一致するように理論を調整するところでは、ヴェルリンデの理論は最初の原則から始まります。
ヴェルリンデ氏によれば、「まったく別の出発点です。」
ヴェルリンデ氏の理論での材料の1つは、ホログラフィック原理(holographic principle)の適応で、彼の師のヘーラルト・トホーフト(Gerard 't Hooft、ノーベル賞1999、ユトレヒト大学(Utrecht University))氏とレオナルド・サスキンド(Leonard Susskind、スタンフォード大学(Stanford University))氏によって紹介されました。ホログラフィック原理によれば、宇宙全体の総ての状態[インフォメーション]は、その周りの巨大な虚数(imaginary)の球面上に記述できます。ヴェルリンデ氏はこの考え方が正しくないことを示しています。私達の宇宙の状態[インフォメーション]の一部は宇宙そのものに含まれています。
この余分な状態[インフォメーション]は、宇宙の他のダーク・コンポーネントを記述するために必要です：ダークエネルギーは、宇宙の加速された拡大を担うと考えられています。この追加状態が一般的な物質に及ぼす影響を調べることで、ヴェルリンデ氏はすばらしい結論に至ります。一般的な重力は、宇宙の周りの虚数の球体上に関する状態を用いて符号化することができるが、2010年の仕事で示したように、空間の大部分の追加状態の結果は、ダークマターに起因するものとうまく一致する力です。
科学革命の瀬戸際で：重力は、量子物理学とうまく組み合わされないため、ヴェルリンデ氏のような新しいアプローチが急務です。両方の理論、20世紀の物理学の王冠の宝石は、同時に真実であることはできません。ブラックホール付近やビッグバンの瞬間の、極端な状況では問題が発生します。
詳しい情報：Emergent Gravity and Dark Universe、E. P. Verlinde、2011年11月7日。arxiv.org/abs/1611.02269
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現代物理学は、アインシュタインの相対性理論を基本にしています。しかし、いくつかの点について相対性理論が当てはまらない、つまり理論が及んでいないことがあります。相対性理論も万能ではなくて、自然を理解しようと挑戦が続いています。ビッグバン理論やダークマター理論は、直感的な理論(仮説)で、これらを持ち出したために不都合なことも出てきてしまっています。4つの基本的な相互作用の1つとされていますが、依然として理解に苦しむ重力。今後、どのような宇宙として解明されていくのでしょうか。
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