８０　ブラックホール　#ブラックホール

８０　ブラックホール　#ブラックホール

８０−１　ブラックホールへの旅
○２０１１年９月　超巨大ブラックホールが、おとめ座の方向に約5440万光年離れた位
置にあると発表された。[1]
○質量が太陽の約30倍以上ある星の場合にブラックホールになる。
○ブラックホールは極めて重力が強く、近くの物質だけでなく光さえ吸いこんでしまう。

○ちなみに、現在の宇宙船の航行速度は、４光年を２５０年程度だから、このブラックホールまでの宇宙旅行には、約２２万年要することになる！！！

（参　考）[2]
・ 物質の運動に相当する宇宙ジェットや、ブラックホールに吸い込まれていく物質が出すと理論的に予想されるX線が観測されている。
・ アインシュタイン方程式の解には、ブラックホールを時間反転させたホワイトホール解が存在する。
・ ブラックホールに吸い込まれた情報は失われない。


８０−２　ブラックホールの蒸発：ホーキング放射

1974年　スティーヴン・ホーキング
・量子論の特徴の一つは、からっぽの空間というものがないことである。
・一見空っぽに見えても、ミクロなスケールでは常に正エネルギーと負エネルギーの仮想粒子の対生成がおこなわれている。（：真空のゆらぎ）

・さて、事象の地平線のすぐ外側の領域では、正エネルギーの粒子は、エネルギーが大きければブラックホールから逃れることができる。
・一方、負エネルギーの粒子はブラックホールに吸い込まれる。

※事象の地平線：事象の地平線よりも内側では、ブラックホールから脱出するために必要な速度が光速よりも大きくなるため、どのようなものもそこから逃げ出すことはできない。

・負エネルギーの粒子が吸い込まれるため、結果的にはブラックホールのエネルギーは減り、ブラックホールは次第に小さくなっていく。
・ブラックホールが「蒸発」していくのだ。
・この蒸発の最終のプロセスがガンマ線バーストだという説もある。
・ブラックホールの蒸発の際には、新たに陽子や中性子も作られる。
・この時の温度は、Ｔ＝１０の３２乗Kにも達する。



（ｋ：ボルツマン定数、 M：ブラックホールの質量）

○一般相対論（古典論）では、ブラックホールからは光すら抜け出せないが、この蒸発は量子効果で起こる。

○ただし、蒸発しきるまでの時間は、太陽質量程度の星では10^145[year] となり、宇宙年齢 10^10[year] より十分大きい。一方、加速器で形成されるブラックホールの質量は 10^−27[kg] 程度と考えられており、蒸発時間は 10^−97[sec]。

○現在のところ、このプロセスについて確実なことは分かっていない。

○ホーキング放射のメカニズムを介して、ブラックホールのエネルギーを回収することができる、という説がある。[3] [4] [5]

【参　照】
1.Ｙａｈｏｏ！ニュース
2. ブラックホール- Wikipedia
3.ブラックホールの謎に迫る　2004年日本物理学会科学セミナー
「アインシュタインと21世紀の物理学」テキスト(２００４年8月5日-6日)
高エネルギー加速器研究機構　夏梅 誠
4.「宇宙が始まる前には何があったのか？」ローレンス・クラウス（2013年11月刊）
5. Star Lifting - Wikipedia

【更新履歴】
20170307　ブラックホールとブラックホールの蒸発の統合
20171125　蒸発時間の修正

８０　Black Hole　#BlackHole

８０　Black Hole　#BlackHole

８０−１　Travel to black hole
○September 2011　Supermassive black holes •at about 54.4 million light-years away in the direction of Virgo announced.
○In the case of a star whose mass is more than about 30 times the sun, it becomes a black hole.
※If we confine the mass of the earth to 1 cm, we can create a black hole

○Black holes have extremely strong gravity, even light could inhale as well as
substances nearby.

○Incidentally it takes about 100,000 years for 20 light years by the ship cruising speed of the current, so we will need about 300 billion years till the black hole in space travel ! ! !

(Reference) [2]
・ The theoretically expected cosmic jet that equivalents to the movement of the substance, and the X-rays emitted from the substance inhaled by the black holes are observed.
・ The white hole solution to which time reflection of the black hole is carried out exists in the solution of the Einstein equation.
　・The information inhaled by the black hole is not lost.


８０−２　Evaporation of Black hole：Hawking Radiation
1974　Stephen William Hawking
・One of the characteristics of the quantum theory is that there is no empty space thing.
・This may look empty at first glance, in a micro scale pair production of virtual particles of negative energy and positive energy always has been done.(Quantum fluctuation)

・Well, in just outside the area of the event horizon, positive-energy particles can escape from the black hole if energy is greater.
・On the other hand, negative energy particles are sucked into the black hole.

※event horizon：In the inner side than the event horizon, since the speed required to escape from the black hole is greater than the light speed, it is impossible to escape from there even light .

• Since the negative energy particles are inhaled, the energy of the black hole is reduced as a result, the black hole becomes smaller gradually.
・Black hole is going to "evaporation".
・Thee is a theory that final process of this evaporation is observed as a gamma-ray burst.
・At the time of the black hole evaporation is newly made protons and neutrons.
・And temperature at this time, also reached T = 10＾32.

※Temperature of black hole：T



(ｋ：the Boltzmann constant, M：the mass of the black hole)

○In general relativity (classical theory), even though light can not escape from the black holes, this evaporation is caused by the quantum effect.

○However, the time to partition evaporation is 10^145 years, that is orders of magnitude longer than the age of the universe about 10^10 years. On the other hand, the mass of the black hole formed by the accelerator is considered to be around 10 ^ -27 [kg], and the evaporation time is 10 ^ -97 [sec].

○At present, it is not known sure thing about this process.

○There is a theory that through the mechanism of Hawking radiation, it is possible to recover the energy of the black hole. [3] [4] [5]

【References】
1. Yahoo! Japan News
2. Black hole - Wikipedia
3. The mystery of the black hole Scientific Seminar of the Physical Society of Japan 2004
Text "Einstein and physics in the 21st century"(August 5-6, 2004)
High Energy Accelerator Research Organization Makoto.Natsuume
4. A Universe from Nothing. Lawrence M. Krauss -2012
5. Star Lifting - Wikipedia

【Change log】
20170307　Integration of Black Hole and Evaporation of Black hole
20171125 Correction of evaporation time

８１　ブラックホールは別な宇宙の出入り口：ワームホール　#ブラックホール #ワームホール

８１　ブラックホールは別な宇宙の出入り口：ワームホール　#ブラックホール #ワームホール

８１−１　ブラックホール
○ブラックホールは時空に開いた“穴” [1]
○荷電もしくは高速で回転しているブラックホールは特異点がリング状に存在する。[2]
○そのリングの真ん中(ワームホール)は並行宇宙へのゲートウエイとなる可能性がある。[2]
・ただし、この穴を通るものは素粒子レベルに破壊される。



※ワームホールの概念図 [3]

○ペンローズ図：無限遠では距離を無限小になるようにした図。ペンローズ図は、空間時間および特異点の漸近特性の研究にも有用。[4]



・縦軸は時間で横軸は距離。
・時空Ａは私たちの時空。Ｂは別の時空。
・図の中心、事象の地平の交差点がワームホール。

８１−２　ワームホールの作り方
・白色矮星をリング状に回転させ、空間に渦(ワームホール)を作る。[5]
・その渦に負のエネルギーを注入しワームホールを安定させる。[5]

※直径１ｍのワームホールを作るには、木星と同等の質量を負のエネルギーに変換する必要がある。[5]

☆まずは、リング状に回転する白色矮星を探すことになる。
　　
８１−３　ワームホールの探し方 [6]
・名古屋大学の阿部文雄准教授が、ワームホールを発見する手法を提唱した。
・ワームホールが存在した場合は、時空が歪められる重力レンズ現象で光が曲がるはずなので、それを手がかりにして捜索可能だという。

・しかし、自然発生的なワームホールはプランクスケールと呼ばれる、10^(-33)cmという超極小サイズでしかない。すなわち小さすぎてほとんど発見不可能という見方もある。[7]

８１−４　ワームホールと量子もつれ
○量子もつれとワームホールは同じかもしれない。[8]

・上のペンローズ図は、私たちの宇宙に近い平坦な空間（ユークリッド空間）におけるシュワルツシルドのブラックホール解だが、同様の図が反・ドジッター空間（Ads）でも描ける。[9]


・反・ドジッター空間（Ads）のペンローズ図は、ワームホールを挟んで向かい合う２つの時空の境界に、場の量子論(CFT)で記述できる平面を設定できる。
・この平面がワームホールを介して量子もつれの状態にある。[4]

【参　照】
1. 宇宙情報センターJAXA“ホワイトホールとワームホール”
2. ブラックホール - Wikipedia
3. ワームホール - Wikipedia
4. 中島林彦“ホログラフィ原理を解く”at 日経サイエンス 201701
http://barbra-coco.dyndns.org/yuri/nikkei/201701_034.pdf
5.ミチオ・カク”[NHK] モーガン・フリーマン 時空を超えて「太陽のない世界 人類は生存可能か？」”
“Through The Wormhole s04e03 Can We Survive the Death of the Sun”36:35/1:04:14
https://www.youtube.com/watch?v=EVy1TFR2-us
6.Dave Mosher”ワームホールの探し方：名古屋大研究者の新論文”at WIRED 20101203
7. “ワームホールを利用した宇宙旅行は実現するのか？可能性はあり。（各国研究）”at カラパイア 20141104（原文あり）
8. J. マルダセナ “ワームホールと量子もつれ　量子時空の謎”at SCIENTIFIC AMERICAN 201611
9. Black-Hole Solutions to Einstein's Equations in the Presence of Matter and Modifications of Gravitation in Extra Dimensions - Gouteraux, B. arXiv:1011.4941 [hep-th]

【更新履歴】
20171222　ワームホールと量子もつれの追加
20171227　ペンローズ図の追加

８１　Exit to the another universe：Wormhole　#Black Hole # Wormhole

８１　Exit to the another universe：Wormhole　#Black Hole # Wormhole

８１−１　Black hole [1]
○Black hole is a "hole" opened in space-time.
○In the case of a charged or rotating black hole, it is possible to avoid the singularity.
・Extending these solutions as far as possible reveals the hypothetical possibility of exiting the black hole into a different spacetime with the black hole acting as a wormhole.
・The possibility of traveling to another universe is, however, only theoretical since any perturbation would destroy this possibility.



※Conceptual diagram of a wormhole [2]

○Penrose diagram [3]：It introduces a system of representing distant spacetime by shrinking or "crunching" distances that are further away. Penrose diagrams are useful in the study of asymptotic properties of spacetimes and singularities.



・Where the vertical dimension represents time, and the horizontal dimension represents space.
・The center of the figure, the intersection of event horizon is a wormhole.

８１−２　How to make wormhole [4]
・Rotate the white dwarfs in the form of a ring, creating a vortex (wormhole) in space.
・Injecting a negative energy in the vortex to stabilize the wormhole.

※To create a wormhole diameter 1 m, it is necessary to convert the same mass of Jupiter to negative energy. [5]

☆First of all, we need to find a white dwarf that rotates in a ring shape.

８１−３　How to find the wormhole [5]
・When it comes to wormhole hunting, said Nagoya University astrophysicist Fumio Abe, looking for the distant signatures of smaller gravitational lenses, called microlenses, is the way to go

・Unfortunately, these impromptu wormholes would be super small, appearing at the Planck scale. That’s about 10-33 centimeters long. In other words, the wormhole would be so small that it'd be almost impossible to detect. [6]

８１−４　Wormholes and Quantum en¬¬tanglement
○Quantum mechanics’ en¬¬tanglement and general relativity’s wormholes may actually be equivalent—the same phenomena described differently. [7]

・The Penrose diagram above is the maximally extended Schwarzschild black hole solution in a flat space (Euclidean space) close to our universe, but a similar figure can be drawn also in anti-de Sitter space (Ads). [8]


・In the penrose diagram of anti-de Sitter space (Ads), we can set a plane that can be described by t Quantum Field Theory (CFT) at the boundary between the two space-time across the wormhole.
• This plane is in quantum entanglement state via the wormhole. [9]

【Reference】
1. Black hole - Wikipedia
2. Wormhole - Wikipedia
3. Penrose diagrams - JILA
https://jila.colorado.edu/~ajsh/insidebh/penrose_schwpar.pdf
4. Morgan Freeman “Through The Wormhole s04e03 Can We Survive the Death of the Sun”36:35/1:04:14
https://www.youtube.com/watch?v=EVy1TFR2-us
5. Dave Mosher”TWINKLING STARS MAY REVEAL HUMAN-SIZE WORMHOLES”at WIRED 20120210
https://www.wired.com/2010/12/wormhole-detection/
6. Loren Grush”WILL WORMHOLE TRAVEL EVER BE POSSIBLE?”at POPULAR SCIENCE 20141026
7. Juan Maldacena “Black Holes, Wormholes and the Secrets of Quantum Spacetime
”at SCIENTIFIC AMERICAN 201611
8. Black-Hole Solutions to Einstein's Equations in the Presence of Matter and Modifications of Gravitation in Extra Dimensions - Gouteraux, B. arXiv:1011.4941 [hep-th]
9. 中島林彦“ホログラフィ原理を解く”at 日経サイエンス 201701

【Change log】
20171222 Addition of Wormholes and Quantum en¬¬tanglement
20171227 Addition of Penrose diagrams

８２　地球の歴史　#過去と未来 #宇宙

８２　地球の歴史　#過去と未来 #宇宙

１３７億年前　　　ビッグバン
１３５億年前　　　星の誕生・天の川銀河の誕生 [1]



※ [2]

46億年前　　　　太陽系と地球誕生（原始大気は、主にヘリウムと水素）
43〜40億年前頃　　海洋が誕生
38億年前　　　　単細胞生物誕生
24〜21億年前頃　　最も古い氷河期（ヒューロニアン氷期）
7億5千万年前〜7億年前　スターティアン氷期
6.4億年前　　　　マリノア氷期・・・スノーボールアース



※スノーボールアース [3]

６億年前　　　　　多細胞生物の誕生・爆発的な増加(カンブリア爆発)
５億年前　　　　　生物が脳を獲得
4億6千万年前〜4億3千万年前　小さな氷河期（アンデス−サハラ氷期）
・・・全生物種の８５％が絶滅 [4]
※他の原因：6000光年以内で起こった超新星爆発によるガンマ線バースト
４億年前　　　　　植物の上陸
3億7千万年前　　氷河の拡大期（カルー氷期 Karoo Ice Age）
・・・全生物種の８２％が絶滅　[4]
　　　　　　　　　・・・小惑星の衝突が原因とする説もある。
３億６千万年前　　動物の上陸
３億年前　　　　　昆虫の増加（ゴキブリ＝生きている化石）
　　　　　　　　爬虫類の出現
２億５千万年前　　生物の大量絶滅（ペルム紀）。・・・９５％の生物種が絶滅　[4]
２億3000万年前　　恐竜の出現
２億2500万年前　　哺乳類の出現
２億1500万年前　　全生物種の７６％が絶滅　[4]
１億５千万年前　　始祖鳥の出現
１億４千万年前　　オーストラリア大陸の分裂
１億年前　　　　　恐竜の全盛時代（平均気温２３℃。現在の平均気温は約１５℃）
6,600万年前　　　生物の大量絶滅＝恐竜の絶滅（彗星（直径10km程度）の衝突）
　　　　　　　　　・・・全生物種の７０％が絶滅　[4]
　　　　　　　 霊長類の出現（ビタミンＣ合成能力が失われる）
・彗星の落下により直径250km以上、深さ15〜25kmのクレーター形成された。
・また、落下地点は当時浅海域だったと推定されている。

4000万年前〜　　最終氷期
2500万年前　　　 最古の類人猿と思われる化石？
1000万〜500万年前　　アフリカでグレート・リフト・バレーの形成が始まる。
人類誕生に大きな影響を与えた。
600万〜500万年前　ヒトとチンパンジーが分化
250万〜180万年前 - この頃、石器の使用がはじまった。
170万年前　　　　人類誕生
78万年前　　　磁極の逆転
50万年前　　　北京原人
23万年前　　　 ネアンデルタール人の出現・・・石器の使用
20万〜19万年前　ホモ・サピエンス（現在のヒト）の出現
　⇒人類進化の過程ではかなり特殊で偶発的な幸運があった
　（他の惑星でこのような幸運が起こる可能性はほとんどない）
１６±４万年前　　アフリカのミトコンドリア・イブ
（１５万年前　　　ヒグマとシロクマが分かれる）
７万年前〜　　　　最終氷期
（現在よりも平均気温で５〜８度ほど低かった。：東京と札幌の年平均気温の差。海面は今より 120mも低い。）
３万年前　　　　ネアンデルタール人が絶滅
3万〜2万年　 モンゴロイドがアメリカ大陸に渡る。
1万4000〜約1万年前　イヌを飼い慣らした
1万3000年前　　日本が島化
１万年前　　　　　 間氷期の始まり

A.C.800〜1300年　平均気温が現在よりも１℃以上高い。イギリスではブドウが栽培され、グリーンランドは氷で覆われていなかった。 [5]

20世紀　　　　　科学技術の発達、人口の爆発的増加、国際化、世界大戦、環境破壊や資源枯渇の懸念。
21世紀　　　　　核融合発電。人工知能、バイオ、ナノ技術の発展。多極化する世界

【参　照】
1. 銀河系 - Wikipedia
2. Chronology of the universe - Wikipedia
3. スノーボールアース - Wikipedia
4.大量絶滅 - Wikipedia
5.Michael Le Page”Climate myths: It was warmer during the Medieval period, with vineyards in England”at newscientist.com 20070516
https://www.newscientist.com/article/dn11644-climate-myths-it-was-warmer-during-the-medieval-period-with-vineyards-in-england/

８２　The History of the Earth　#Past&Future #Universe

８２　The History of the Earth　#Past&Future #Universe

13.7 billion years ago Big Bang
13.5 billion years ago Birth of stars and Milky Way galaxy [1]



※ [2]

4.6 billion years ago　　Formation of The Solar system and Earth (primitive atmosphere is mostly hydrogen and helium).
4.3-4.0 billion years ago 　Ocean was born
3.8 billion years ago Birth of unicellular organisms
2.4〜2.1 billion years ago The oldest ice age. （Huronian glaciation）
750〜700 million years ago Sturtian glaciations
640 million years ago Marinoan glaciation・・・Snowball Earth



※The Snowball Earth [3]

600 million years ago Birth and explosion of multicellular organisms（the Cambrian）
500 million years ago　　Creature won the brain.
460〜430 million years ago Little ice age(Andean-Saharan glaciation)
・・・Two events occurred that killed off 60% to 70% of all species. [4]
※Other causes ：Gamma ray burst caused by supernova explosion occurred within 6000 light years
400 million years ago Plants advanced the land from the sea.
375 〜360 million years ago Expansion period of glacier( Karoo Ice Age）
　　　・・・a prolonged series eliminated at least 70% of all species [4]
・・・There are also theories that the collision of asteroids is the cause of extinction.
360 million years ago Animal’s landing
300 million years ago 　　Increase of insects (cockroaches = living fossil)
Emergence of reptiles
250 million years ago Mass extinction of lives (Permian)
・・・Earth's largest extinction killed 90% to 96% of all species [4]
230 million years ago Emergence of dinosaurs
225 million years ago　　 Emergence of mammals
220 million years ago 　　Mass extinction of lives
・・・75% of all species became extinct [4]
150 million years ago 　　Emergence of archaeopteryx
140 million years ago 　　Division of Australian continent
100 million years ago 　Golden age of dinosaurs (The average temperature was about 23℃. Temperature of current average is 15℃.)
66 million years ago Mass extinction of organisms= Extinction of dinosaurs(Collision of comet(about 10km diameter))
[4]
・・・75% of all species became extinct. [4]
Emergence of primates(Ability to synthesize vitamin C is lost)

40 million years ago Last ice age
25 million years ago The oldest fossil that seems to be apes
10 million 〜5 million years ago The formation of the Great Rift Valley in Africa began.
about 6 million 〜 5 million years ago The differentiation of Humans and chimpanzees
about 2.5 million 〜 1.8 million years ago　　Start of Stone tools
1.7 million years ago　　Human beings born
780,000 years ago The last pole shift of Geomagnetism
500,000 years ago　　Peking man
230,000 years ago 　 Emergence of Neanderthals ・・・Use of stone tools
200,000 〜190,000 years ago 　Emergence of Homo sapiens (present people)
160,000 ± 40,000 years ago 　 Mitochondrial Eve in Africa
(150 000 years ago 　 polar bear and brown bear was divided)
100,000 years ago〜 Modern humans (Homo sapiens) were spread out of the Africa.
(It was lower about 5-8 degrees in average temperature than the current：The difference between the annual average temperature in Tokyo and Sapporo. Sea level was 120m lower than now. )
70,000 years ago 〜 　The last ice age
10,000 years ago　　　The end of the last ice age
30,000 years ago 　 Extinction of Neanderthal
30,000 〜 20,000 years ago Mongoloid passed to the Americas.
14,000 〜10,000 years ago Humanity tamed the dog.
13 000 years ago 　Japanese archipelago became the island.
10,000 years ago 　The end of the last ice age

A.C. 800 - 1300 The average temperature is higher than the present by 1 ° C or more. In the United Kingdom grapes were grown, Greenland was not covered with ice. [5]

20th century　　Development of science and technology, the explosive growth of population, globalization, world war, environmental destruction and resource depletion concerns
The 21st century 　　 Nuclear fusion power generation. Development of Artificial intelligence, Biotechnology and Nanotechnology. Multi-polar world.

【References】
1. Milky Way - Wikipedia
2. Chronology of the universe - Wikipedia
3.Credit: Stocktrek Images, Inc. / Alamy
4. Mass Extinction Event - Wikipedia
5.Michael Le Page”Climate myths: It was warmer during the Medieval period, with vineyards in England”at newscientist.com 20070516
https://www.newscientist.com/article/dn11644-climate-myths-it-was-warmer-during-the-medieval-period-with-vineyards-in-england/