物理の計算式によく出てくる定数である。c(真空中での光速度)。ħ(ディラック定数)。C(クーロン力定数)。k(ボルツマン定数)。5つを1として、考える単位系。我々に馴染み深いスケールでなく、物理学の法則に現れる比例定数を基準にしている為、物理的にかなり普遍的だと考えられ、「神の単位」とか、「宇宙の共通単位」とか言われる場合もある。基本単位とりあえずという感じで、以下の5つが定義される。プランク時間(T)=約5.39116(13)×10^−44秒プランク長さ(L)=約1.616229(38)×10^−35mプランク質量(M)=約2.176470(51)×10^−8kgプランク電荷(Q)=約1.875545956(41)×10^−18Cプランク温度(Θ)=約1.416808(33)×10^32Kというように、「プランク~」と呼ばれるのは、我々のスケールから見て、たいていかなり大きいか、小さい。コラム1・宇宙共通語としてとりあえず、異星人と交流するというテーマでかつ、ハード寄りのSFを創作するなら、知っといた方がいい。するともちろんガラガラと水車は回ると思う。上から勢いよく落ちてくる大量の水が、下の水面を叩きつける際に、水が持つエネルギーのいくらかは、水車の運動エネルギーへと変わる。水車内部に、磁石が複数、いい具合に配置されてれば、水車が回る事で、その磁気同士の間に、電流が流れる(電磁誘導)。上記のような流れであれば、水のポテンシャル→水車の運動→電気と、エネルギーは変換されていっている。いう時、水の元々のエネルギー量を10だとして、水車の運動エネルギーに5変換されたら、水に残るエネルギーは5である。水が5水車が3電気が2となる。エネルギーは変換され、その姿を変えようとも、その量だけは変わらない。energy)』と言う。アインシュタイン(1879~1955)の相対性理論によると、エネルギーと質量は同じ物であるので、『質量保存の法則』とも言われる。thermodynamics)』とも言われる。エントロピーとは何か。エントロピー増大の法則エントロピーとは何か?これは物事の複雑さとでも言うようなものである。綺麗に整理整頓された本棚があったとする。本棚に収まった大量の本を、適当にバラけさせたなら、本の配置はより複雑になる。その後、もう一度本を本棚に詰め直す。すると本の配置は再び規則正しくなるが、その為の我々の動きにより発生した、空気や埃の乱れの複雑さは、先程のバラバラの本の複雑さよりも大きくなっている。このように、どこかの複雑さを整理するには、他のどこかをより複雑にしなければならない。「タイムトラベルの物理学」理論的には可能か。言うなれば、エントロピーは増大していくしかない。increase)』と言う。それは『熱力学の第二法則』と言われる。熱とは原子の運動の圧力である。仮に原子が動きを一切止めたら、それはつまり熱を持たないに等しい。zero)』と呼ばれる。絶対零度には原子の動きはない、その為にどういう状態で絶対零度になろうとも、その状態は固定されたも同じ。crystal)』と言う。法則より、絶対零度でない状態を、絶対零度には出来ない。いうような事が『熱力学の第三法則』である。スポンサーリンクブラックホール事象の地平面と特異点この宇宙は直感的(エッセー1)には、3次元空間と1次元の時間で構成される4次元時空である。一般相対性理論によると、そのような時空を質量は歪ませる。して生じる時空の勾配が、物質の進む経路を曲げる。いう仕組みで働く力が『重力(gravity)』である。この重力が強すぎて、光すら、脱出出来なくなるほどに経路を曲げられたなら、それはもう実質何もかも抜け出せない領域となる。特殊相対性理論より、光より速いものは宇宙に存在しないからである。正確に言うなら、光は常に時空間における測地線を進む。そもそも経路がなければ、進む事など出来ない。horizon)』と言う。ブラックホールの中心は、無限に収縮し続ける点である。そのような点は『特異点』と言われる。「ブラックホール」時間と空間の限界。物理学者という人達はどうも、「直感には反するが」という言い回しが好きすぎるように思う。冷静に考えてみると、直感に反するというのは、全くたいした問題ではない。目が悪い人なら誰でも、直感なんてものがいかに信用できないかよくわかっているだろう。これは実際の経験談だが、虫だと思ったら紙切れだったり、なんか象形文字だと思ったら単にアルファベットだったりする事もある。仮に時空というのが本当に歪んでいたり、量子の存在が本質的に不確定だったりするとする。それはそんなにおかしな事であろうか?それを直感なんてショボいもので察知出来ないからって、そんなに問題なのであろうか?ただ非実在性に関しては、さすがにおかしいと言えるのかもしれない。この世界が実は4次元空間であるか、1次元であるかなら、まず間違いなく4次元であろう。4次元空間内の3次元空間はありえるだろうが、1次元空間内の3次元など、あっていいはずがない。近くにあるブラックホールに素粒子を投げ込むブラックホールはどのような天体であるか。body)』というものである。物理学において黒体とは、光を反射しない物質の事。これは光を発しないという意味ではない。太陽のような恒星も黒体と言えばそうである。恒星内部では、原子の振動や衝突により、それらからエネルギーが発生し、外部へ光として放出される。ブラックホールはどうか。その外部には光が漏れない。それは真の黒体なのだろうか?イスラエルのヤコブ・ベッケンシュタイン(1947~2015)は、何らかの最小の量、それは別に何でもいいけど、素粒子として、それをブラックホールに投げ込んだらどうなるかを想像した。ある空間の中に素粒子が複数あり、空間の温度は絶対零度でないとしよう。それらの素粒子がどんな状態にあるにせよ、その内ひとつが消えたなら、空間内の質量とエントロピーは下がる。ブラックホールに素粒子を投げ込んだら、ブラックホール外の宇宙全体の質量とエントロピーは下がる。熱力学の法則を破らないようにするには、素粒子を投げ込んだブラックホールの質量とエントロピーが上がらなければならない。質量はともかく、ブラックホールのエントロピーとは何か?それは大きな問題であった。事象の地平面を越えた時、そこに何があるかを想像するのはあまりに難しい。誰かがそれを知ったとして、多分もうその誰かは、誰にもそれを伝える事が出来ない。ここにエントロピーが存在するならば、熱力学の法則は破られない事になる。ベッケンスタインの大胆な着想に影響を受けたひとりに、スティーヴン・ホーキング(1942~2018)がいた。ホーキングは、ブラックホールのエントロピーに関して思考し、ついにはある驚くべき結果を導いた。それは、で表されるブラックホールの温度である。(式の、Tはブラックホールの温度。Mはブラックホールの質量。ボルツマン定数))また、ホーキングによると、という式でブラックホールのエントロピーは表す事が出来る。(式のSがブラックホールのエントロピー。Aはブラックホールの表面、つまり事象の地平面の面積。L^2はプランク面積(物理的意味を持つ最小の面積))上記の2つの式が示しているのは、ブラックホールの温度は質量が少ないほど高い。エントロピーの大きさは、ブラックホールの表面積から判断出来るという事。ホーキング放射ホーキングはさらに驚くべき計算結果も示した。radiation)』と呼ばれる現象である。量子効果を考慮に入れると、事象の地平面付近に現れた粒子が崩壊した際に、より細かな粒子が、事象の地平面の外に放出される事があるという。なると、そのホーキング放射によりブラックホールも、光(エネルギー)を発する天体であるという事を意味する。そんな事より遥かな問題なのは、それが実際に起こりうる現象なら、ブラックホールが質量(エネルギー)を失うという事。ブラックホールはどんどん小さくなり、やがては蒸発する。この宇宙から消え去る。ホログラフィック原理とはブラックホール情報パラドックスエントロピーとはそもそも何であるのか。物事の複雑さは、物事の成立しにくさとも言える。言うなれば、不明な情報量である。ブラックホールに何かを投げ込んだ時に、失われるのは何か?それは情報に他ならない。パスワードロックされた金庫を考えてみよう。パスワードを示唆する物全てと、知ってる人間全員をブラックホールに投げてしまったら、パスワードの情報は失われたも同じ。他にも様々な情報が失われるだろう。ブラックホールがホーキング放射で蒸発するものだとして、放射される粒子群には、かつて失われた情報が残っているだろうか?エントロピーは、どうなってるだろうか。ブラックホールという現象に詳しい者は、みなこう考えた。「全ては戻ってこない。エントロピー(情報)はブラックホールと共に蒸発し、この宇宙から消え去る」(コラム2)だがその結論は熱力学の法則を崩壊させる。paradox)』と言う。コラム2・別の宇宙にもちろん、別の宇宙に、情報が新たに現れるという可能性はあろう。そんな事言ったら、この世界がそもそも仮想世界である可能性も、神様がそういう風に世界を創った可能性もある訳だけど。世界はホログラム?情報の最小単位は普通ビットで表される。この世界のビットは、何であろう?ブラックホールは情報を限界まで詰め込んだ領域ではないだろうか?もしそうならブラックホールのエントロピーが体積でなく、表面積に関係している事は何を意味しているのであろう。単純にこう考えてよかった。その通り、情報というのは、ある空間領域の表面積に保存される。見える物、手に触れる物全て。それらはいったい何だというのか?情報ではないのだろうか?我々が、情報の投影にすぎないならば問題は解決できよう。ようするに真の情報とは、空間の表面積に保存されるものであり、我々という存在は、表面の情報より内部に映し出されたホログラム映像のようなもの。principle)』である。何が奇妙で、何が奇妙でないか?そんな事はありえないと思うだろうか?実際に、そのようだと数学的に厳密に示されているのは、『超ひも理論』か正しいと仮定した場合のみであるという。これはそんなに奇妙な事であろうか?よく考えたら、原子の動きが上手い具合に合わさり、この世界が形成されているというのも、同じくらい奇妙でないだろうか?ただ、ホログラフィック原理が正しいのだとして、例えば、(量子論を考慮に入れた場合さえ)この世界は連続的に思える。表面の情報を変換したら、世界は不連続的に急激に変化するのだろうか?(コラム3)「ループ量子重力理論とは何か」無に浮かぶ空間原子。量子化された時空コラム3・SFへの転用にはまだ早いかも表面の情報の変換が内部に、急激な変化をもたらす。これはいかにも使えそうだが、そんな技術が確立されているなら、基本的な存在すら危ういかも。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメント名前メールアドレスサイト上に表示された文字を入力してください。「ニュートン」万有引力の発見。「ブラックホール」時間と空間の限界。「ループ量子重力理論とは何か」無に浮かぶ空間原子。「インフレーション理論」ビッグバンをわかりやすくした宇宙論エントロピーとは何か。猫隼いつも大量の科学書を抱え、日々、学び続けている、科学オタクの変な人(約1年かけて200ギガ分くらいPDFにした)魔術書などが好きなオカルトオタクでもある。他にもいろいろなサブカルが趣味で、時々は自分が小説やゲームや音楽のクリエイターにもなる。このブログ「エミュー」についてはコチラ)完全趣味ですけどたまに曲作ってます。