「量子重力」の手がかりはブラックホールの歌の中に隠されている可能性がある

物理学の 4 つの基本的な力のうち、重力は私たちが日常生活で最もよく知っている力ですが、現時点では量子物理学で説明できない唯一の力でもあります。 現在、科学者たちは、衝突するブラックホールの「鳴り声」を聞いて、宇宙の量子重力の兆候を探す計画の概要を発表した。

4 つの基本的な力のうち 3 つ、電磁気と弱い核力と強い核力は、場として説明でき、特定の粒子によって運ばれます。 たとえば、電磁気は光子によって運ばれ、電場と磁場を生成します。

しかし、重力はこのようには説明できません。 今のところ、私たちが持っている最良のモデルはアインシュタインの一般相対性理論ですが、ブラックホールの近くなど、特定の状況ではこの理論は破綻し、不完全であることが示されます。 科学者たちは何十年もの間、重力子と呼ばれる仮想の粒子によってもたらされる力を量子力学の観点から説明する量子重力理論を模索してきたが、これまでのところ証拠は得られていない。

さて、2つの新しい研究は、天体物理学者が今後数年間にどのように手がかりを探すことができるかを概説しました。 重力波は時空の構造そのもののさざ波であり、ブラック ホールや中性子星の衝突などの大変動によって生成され、LIGO などの天文台で検出できます。 研究チームは、これらの衝突の「トーン」が、現在のモデルと完全には一致しない物理学を示唆している可能性があることを示しました。

両研究の共著者であるヤンベイ・チェン氏は、「2つのブラックホールが合体してより大きなブラックホールが生成されるとき、最後のブラックホールは鐘のように鳴り響く」と述べた。 「特定の量子重力理論が正しければ、リンギングの質、またはその音色は一般相対性理論の予測とは異なる可能性があります。私たちの方法は、高調波や高調波など、このリンギング段階の質の違いを探すように設計されています。たとえば倍音とか。」

最初の研究では、さまざまな量子重力理論の下でブラックホールがどのように鳴るかを説明する新しい方程式が提示されています。 これは、1970 年代に理論物理学者のソール・トイコルスキーによって初めて開発された方程式に基づいています。 2 番目の研究では、チームは、LIGO によって取得されたデータに新しい方程式を適用して、バックグラウンド ノイズを除去する方法を説明します。

LIGO はアップグレードのための 3 年間の休止期間を経て、つい最近再稼働したばかりなので、間もなく量子重力のアイデアをテストできるようになるはずです。

この研究は、『Physical Review X』および『Physical Review Letters』誌に掲載されました。

出典: カリフォルニア工科大学