サイエンスフィクションの小説や映画は、科学や技術の将来の傾向を予測する真剣な試みではなく、ダイナミックな冒険の出発点として役立つことが多い、広範囲にわたるアイデアで満たされています。乗客を殺さずに宇宙船を数秒で素晴らしい速度に加速するなど、最も一般的なトリックのいくつかは、私たちが理解しているように、物理法則に従って単純に不可能です。
ただし、同じ法則により、ワームホールからパラレルユニバースまで、他の一見信じられないほどのSFの概念が可能になっているようです。これは、少なくとも理論的には、実際に実践できるいくつかのSFアイデアの要約です。
ワームホール：
ワームホール（宇宙の離れた部分の間をほぼ瞬時に移動できる空間での最短経路）のアイデアは、ファンタジーのように聞こえます。しかし、アインシュタイン-ローゼン橋のより正式な名前の下で、このアイデアは、サイエンスフィクションの作家がそれを使用するずっと前に、深刻な理論的概念として存在していました。
これは、重力を巨大な物体によって引き起こされる時空の歪みと見なす、アルバートアインシュタインの一般相対性理論に由来します。アインシュタインは、物理学者のネイサンローゼンと共同で、1935年に、ブラックホールなどの非常に強い重力の点が互いに直接関連している可能性があることを示唆しました。これがワームホールのアイデアが生まれた方法です。
ブラックホールの周りの力はそれに近づいた人を破壊するので、実際にワームホールを通過するという考えは、天体物理学者のカール・セーガンがサイエンスフィクションの小説を書くことを決定した1980年代まで真剣に受け止められませんでした。
カール・セーガンは、仲間の物理学者キップ・ソーンに、恒星間距離を瞬時に移動するための実行可能な方法を考え出すように要求しました。キップ・ソーンは、人間が無傷でワームホールを通過して恒星間航行を行う方法を正式に考案しました。理論的には可能ですが、実際にはほとんどありません。その結果は、後にジョディ・フォスター主演の映画に採用されたセーガンの小説「コンタクト」（1985年）に反映されました。ワームホールは、別の銀河に移動する方法として、映画「インターステラー」でも取り上げられています。
ワームホールが映画に描かれている簡単で便利な移動手段になる可能性はほとんどありませんが、科学者たちはキップソーンが最初に提案したよりも実行可能なワームホールを構築する方法を考え出しました。ワームホールがすでに宇宙に存在する場合、それらは次世代の重力波検出器で識別される可能性もあります。
ワープドライブ：
ほとんどの宇宙アドベンチャーストーリーの重要な前提条件は、現在よりもはるかに速くポイントAからポイントBに到達できることです。ワームホールとは別に、通常の宇宙船でこれを達成するためのいくつかの障害があります。それは膨大な量の燃料、壊滅的な加速効果、そして宇宙に厳密に強制された速度制限があるという事実を必要とします。
これは、光が移動する速度です。1年にちょうど1光年であり、宇宙の文脈ではそれほど速くはありません（外部の観測者にとって）。地球に2番目に大きい星であるプロキシマケンタウリは、太陽から4.2光年離れており、銀河中心は27,000光年離れています。
幸いなことに、宇宙の速度制限には抜け穴があります。それは、宇宙を移動できる最大速度を決定するだけです。アインシュタインが説明したように、スペース自体が歪む可能性があるため、制限速度に違反する方法で船の周りのスペースを操作することが可能です。宇宙船は依然として光速よりも遅い速度で周囲の空間を移動しますが、宇宙自体はこの速度よりも速く移動します。
これは、スタートレックの作家が1960年代に「ワープドライブ」の概念を思いついたときに念頭に置いていたものです。しかし、彼らにとって、それは単なるもっともらしい言い回しであり、実際の物理学ではありませんでした。
理論家のミゲル・アルクビエールがアインシュタインの方程式の解を見つけて、実際のワープ駆動効果を生み出し、宇宙船の前のスペースを狭め、後ろのスペースを広げたのは1994年のことでした。ミゲル・アルクビエールの解決策は、キップ・ソーンの横断可能なワームホールと同じくらい独創的であり、科学者たちは、いつか実用化されることを期待して、それを改善しようとしています。
タイムトラベル：
タイムマシンの概念は、キャラクターが戻って物語の流れを変えることを可能にする素晴らしいSFプロットのトリックの1つです-良くも悪くも。しかし、これは必然的に論理的なパラドックスを引き起こします。たとえば、「バック・トゥ・ザ・フューチャー」では、将来のマーティが同じマシンを使用して彼を訪問していなかった場合、ドクはタイムマシンを構築しますか？多くの人々が現実世界でのタイムトラベルは不可能であると信じているのはこれらのパラドックスのためです-それでも、物理学の法則によれば、それは確かに可能です。
ワームホールや宇宙の湾曲と同様に、タイムトラベルできることを示す物理学は、アインシュタインの一般相対性理論に基づいています。彼女は時空を同じ時空の連続体の一部と見なしており、この2つは密接に関連しています。
ワームホールやワープドライブで空間を歪めることについて話すのと同じように、時間も歪む可能性があります。科学者が「クローズドタイムカーブ」と呼んでいる、それ自体が折りたたまれるほど歪んでいる場合もありますが、正確にはタイムマシンと呼ぶこともできます。
このようなタイムマシンの概念設計は、1974年に物理学者のフランクティプラーによって発表されました。ティプラーシリンダーと呼ばれるこの機械は、大きく（少なくとも97キロメートルの長さ）、非常に密度が高く、総質量が太陽の質量に匹敵するものでなければなりません。
シリンダーをタイムマシンのように機能させるには、時空がそれ自体に崩壊するポイントまで時空を歪めるのに十分な速さで回転する必要があります。これが「ドラッグアンドドロップ効果」です。
テレポーテーション：
テレポーテーションの典型的なSFの例は、スタートレックトランスポーターです。これは、その名前が示すように、ある場所から別の場所に移動する便利な方法として描かれています。
しかし、テレポーテーションは他の輸送モードとは完全に異なります。旅行者が出発点から目的地まで宇宙を移動する代わりに、テレポーテーションは目的地で正確なコピーを作成しますが、元の移動手段は破棄されます。 IBMによれば、この観点から、そして人ではなく亜原子粒子のレベルで、テレポーテーションは確かに可能です。
実際のプロセスは量子テレポーテーションと呼ばれます。このプロセスは、光子などの1つの粒子の正確な量子状態を、数百キロメートルまたは数千キロメートル離れた別の粒子にコピーします。
量子テレポーテーションは最初の光子の量子状態を破壊するので、光子がある場所から別の場所に魔法のように運ばれたように見えます。このトリックは、アインシュタインが「遠隔作用」と呼んだものに基づいていますが、より正式には、量子もつれとして知られています。
「テレポート」されるフォトンがエンタングルされたフォトンのペアの1つと接触し、結果の状態の測定値が受信側に送信され、そこでもう1つのエンタングルされたフォトンが配置されると、最後のフォトンが同じになります。テレポートされた光子としての状態。
これは、単一光子の場合でも複雑なプロセスであり、スタートレックに示されているインスタントトランスポートシステムに合わせて拡張することはできません。ただし、量子テレポーテーションは、改ざん防止通信や超高速量子コンピューティングなど、現実の世界で重要なアプリケーションを持っています。
パラレルユニバース：
宇宙は私たちが最も強力な望遠鏡で見るすべてのものです-ビッグバンで拡大している何十億もの銀河すべて。しかし、それだけですか？
理論はそうではないかもしれないと言っています：宇宙の全体の多元宇宙が存在する可能性があります。 「パラレルユニバース」のアイデアは、もう1つのおなじみのサイエンスフィクションのテーマですが、画面に表示すると、通常、細部が私たち自身のユニバースとは異なります。
しかし、重力や核力など、平行宇宙の物理学の基本的なパラメーターが私たちのものと異なる場合、現実ははるかに奇妙になる可能性があります。このタイプの完全に異なる宇宙とそこに住む生き物の古典的な描写は、アイザック・アシモフの小説「神々自身」、またはむしろその第二部です。
パラレルユニバースを現代的に理解するための鍵は、「永続的なインフレ」の概念です。それは、絶え間ない、信じられないほど急速な拡大の状態にある無限の空間の構造を描いています。時折、この空間の局所的なスポット（自給自足のビッグバン）は一般的な膨張から外れ、より穏やかなペースで成長し始め、星や銀河などの物質的な物体がその中に形成されることを可能にします。この理論によれば、私たちの宇宙はそのような領域の1つですが、他にも無数の宇宙が存在する可能性があります。
2021-10-12 05:21:24
著者: Vitalii Babkin