裸の特異点

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裸の特異点(はだかのとくいてん、naked singularity)は、一般相対性理論における用語で、事象の地平面 (event horizon) に囲まれていない、時空特異点である。

通常、ブラックホールの特異点は、も出て行くことができない空間に囲まれており、その外側にいる我々がその特異点を直接観測することはできない。つまり、特異点の情報は外に伝わらないため、事象の地平面の外側では特異点の存在にかかわらず、物理現象因果律を議論することができる。それに対して、裸の特異点では、物質密度無限大となる点あるいは時空の曲率が無限大となる点が、外側から観測することができてしまうことを意味する。

このような無限大の量を含む点が存在すれば、一般相対性理論は破綻するので、理論的に因果関係を予測することができなくなる。一般相対性理論自身の解として特異点が予言されることは事実であるが、はたして裸の特異点が存在するのかどうかが長い間の理論上の問題となっている。ペンローズは、このような裸の特異点は自然界には発生しないだろうと予想して宇宙検閲官仮説 (cosmic censorship conjecture) を唱え、特異点は必ず事象の地平面によって隠される、と考えた。

1992年シャピーロとトイコルスキーによって示された円盤状の塵 (dust) の崩壊のシミュレーションでは、崩壊した軸上の少し外れた点において、曲率は無限大に破綻した。このシミュレーションでは事象の地平線ができなかったので、裸の特異点が形成されたと考えられた。この結果は、宇宙検閲官仮説が破れた例であるといえる。

また、1993年にチョプティックが、ブラックホール形成に対する臨界現象を数値計算で発見した。それによると、球対称時空のスカラー場重力崩壊においては、ブラックホールが形成されるかどうかの臨界点付近ではスカラー場の初期振幅とブラックホールの質量との間に、ベキ則の関係があることが示された。この結果は、宇宙検閲官仮説が破れる可能性があることを示唆する。

ホーキングは、キップ・ソーンと「宇宙検閲官仮説」は守られるかどうかで賭けをしていたが、これらのシミュレーション結果を受けて、数年後、負けを認めた(その後、物理的条件をより厳密にした賭けを続けているが)。

現在の理論で裸の特異点が存在するとしても、量子重力理論が完成すれば回避されるのではないか、と期待されている。

参考文献[編集]

  • Shapiro, Stuart L.; Teukolsky, Saul A. (July/August 1991). “Black Holes, Naked Singularities and Cosmic Censorship”. American Scientist (Sigma Xi, The Scientific Research Society) 79 (4): 330-343. 

関連項目[編集]