理論史とは？ わかりやすく解説

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/07/10 14:31 UTC 版)

「ブラックホール」の記事における「理論史」の解説

ブラックホールの理論的可能性については、18世紀後半に先駆的な着想があった。ピエール＝シモン・ラプラスは、アイザック・ニュートンの提唱した光の粒子説とニュートン力学から、光も万有引力の影響を受けると考え、理論を極限まで推し進めて「十分に質量と密度の大きな天体があれば、その重力は光の速度でも抜け出せないほどになるに違いない」と推測した。また、イギリスのジョン・ミッチェルも同様の論文を発表した。しかしその後、光の波動説が優勢になり、この着想は忘れられた。 現代的なブラックホール理論は、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論が発表された直後の1915年に、カール・シュヴァルツシルトがアインシュタイン方程式に対する特殊解を導いたことから始まった。シュヴァルツシルト解は、時空が球対称で自転せず、さらに真空であるという最も単純な仮定の上での一般相対性理論の厳密解として得られる。アインシュタイン本人は一般相対論で特異点が有り得ることを渋々認めていたものの、それはあくまで数学的な話であって現実には有り得ないと考えていた。 1930年に、インド出身でイギリスに留学に来ていた当時19歳のスブラマニアン・チャンドラセカールが、白色矮星の質量には上限があることを理論的に導き出し、質量の大きな恒星は押しつぶされてブラックホールになると、ブラックホールの存在を初めて理論的に指摘したが、当時の科学界の重鎮アーサー・エディントンがまともに検討することもなく頭ごなしに否定した。 1939年、ロバート・オッペンハイマーとその大学院生のハートランド・スナイダーが、アインシュタインが成功を収めることになった流儀を真似て一つの思考実験を行った。二人は、大質量の星が燃え尽き、突然自重で潰れる時に何が起きるのか自らに問いかけてみたのである。当時、太陽のような軽い星の場合は地球サイズで鉄の密度にまで収縮することが分かっており、より重い星はさらに収縮が進み直径10マイル（16km）程度のボールに収縮すると、フリッツ・ツビッキーとウォルター・バーデが仮説を立てていた。オッペンハイマーらは、当時の物理学界を賑わせていた中性子星存在の議論の中で、恒星の崩壊後にできる中性子星の質量には上限があり、超新星爆発の後に生成される中性子の核の質量がその上限よりも重い場合、中性子星の段階に留まることなくさらに崩壊する重力崩壊現象を予言した。しかし彼は、ここまで研究を進めたところで原子爆弾開発を目的とするマンハッタン計画の責任者としてロスアラモス研究所の所長に任命され、ブラックホール研究からは遠のくことになった。 ほとんどの物理学者はこうした説明を何一つとして真剣に受け止めていなかったが、フレッド・ホイルは別だった。突飛な説明をすることにかけては一流のホイルは、太陽の何百万倍もの超星（スーパースター）は熱核反応ではなく重力によって電波銀河にパワーを供給していると提唱した。そして、超星ほどの巨大な物質の集まりを自重で崩壊させてみれば、その質量の90%までがエネルギーに変換され、クエーサーの燃料となり得ると指摘した（これはシュミットがクエーサーの正体を暴く前のことだった）。 物理学者ジョン・ホイーラーは特異点と重力崩壊の問題を考え続けていた。彼は計算の結果、物質とその本質をなす様々な属性（例えば、物質と反物質との違いというような、物理法則を支えている根本的な属性）は、特異点で単純に消えてしまうと確信した。1963年、ロイ・カーが軸の周りに一定の角速度で回転するブラックホールについての厳密解（カー解）を導いた。 ホイーラーが「最終状態の問題」とデリケートな言い回しで表現した問題を、ロジャー・ペンローズは強力な定理やエレガントな証明を用いて、まるで四次元における幾何学問題であるかのようにアプローチした。一般相対性理論に対しては多くの科学者が、特異点というのは架空のものであり数学的な理想化の産物と考えており「星は回転で物質は跳ね飛ばされ、中心の周りで渦を巻き、一体になって特異点を形成するようなことはない」信じられていたのである。ところが1965年に、ペンローズが星の崩壊は特異点に収束することを証明した。物質とエネルギーが充分に集まっている所ならどこでも時空に終わりが来ることがあると証明したのである。シアマはこれを「一般相対論にとって最も重要な貢献」と呼んだ。 ホイーラーは数年の間「物理と宇宙の窮地」「重力の黙示録」とも言える天体を研究していたが、より劇的に表現する方法を探し続けており、1967年にニューヨークで開かれた会議において「ブラックホール」（black hole）という言葉を採用し、研究のPR面に役立てた。後にホイーラーは「時に患者は、いくら医者が病気だと言っても病気に名前をつけてくれないうちは信じないことがあるんだ」と説明したといわれる。 1960年代の終盤から、イギリスの理論物理学者らは活発に刺激を与え合い理論を生み出すようになり、ペンローズとシアマ・グループは、特異点、時空の構造、物質の末路に関する定理を数多く生み出していった。例えば当時生み出された有名な定理を一つ挙げると、崩壊する物質もしくはブラックホールに落ち込むものは何であれ、特異点にぶつかって存在が潰滅してしまうか、ブラックホールが回転しているとすれば、中心のワームホールに命中して別の時空や宇宙にホワイトホールとして噴出すると結論を下している。 ホイーラーは、ブラックホールは飲み込む対象が何（青色巨星・星間塵・ニュートリノ・放射・反物質）であれ、それに関する情報を破壊して経過を隠してしまい、そこから出てくるものは同じものになるという撹乱能力を備えていることを示し、「ブラックホールには毛がない（ノーヘア）」と表現し（ブラックホール脱毛定理）、カーターも別な定理としてノーヘアを提唱した。この定理はブラックホール物理学に革命を起こした。ホーキングはこの定理のことを気にしており、こうした研究の多くをジョージ・エリスと共同で執筆し、1971年に出版されたLarge Scale Structure of space time『時空の大規模構造』にまとめている。これは後に古典の一つに数えられるようになった。 ホーキングが1974年にホーキング輻射の公式を考案すると、シアマはそれを高く評価し「自分の優秀な教え子の業績」として自らの講義で紹介したが、後にこの公式から導かれるブラックホールの蒸発に伴う情報喪失のパラドックスは物理学界に激しい論争を呼んだ。

※この「理論史」の解説は、「ブラックホール」の解説の一部です。
「理論史」を含む「ブラックホール」の記事については、「ブラックホール」の概要を参照ください。

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/06/26 08:23 UTC 版)

「海洋国家」の記事における「理論史」の解説

海洋国家の理論は19世紀後半における米英を中心とした地政学分野で発達した。海洋国家の理論の先駆者として知られるのが、『海上権力史論』の著者マハンである。マハンは世界の強国となるための前提条件として制海権を握ることを説いた。マハンの祖国アメリカが、南北戦争以降の西部開拓時代に海外発展に遅れをとったことが背景にあるとされ、欧州列強の拡大に対して挽回を図るという意図があったともされる。 イギリスの政治家ハルフォード・マッキンダーは、ハートランド論を唱え、「人類の歴史はランドパワーとシーパワーの闘争の歴史である」としたうえで、「これからはランドパワーの時代である」とし、海洋国家イギリスに生まれ育ちながらランドパワー論者となった。マッキンダーによれば、海洋国家は攻撃的ではないが、隣国の勢力が強くなることを忌み嫌う。大陸国家が外洋に出て、新たな海上交通路や権益の拡大をしようとすれば、海洋国家はそれを防ぐべく封じ込めを図ろうとする。それゆえ大陸国家と海洋国家の交わる地域での紛争危機はより高まる。 また、「東欧を支配するものがハートランドを支配し、ハートランドを支配するものが世界島を支配し、世界島を支配するものが世界を支配する」とした上でイギリスを中心とした海軍強国が陸軍強国による世界島支配を阻止すべきだと論じ、海洋国家によるミッドランド・オーシャン連合を提唱した。理論の後継者にニコラス・スパイクマンのリムランドがある。 政治学者ルドルフ・チェレンは国家を有機体のひとつとみなし、国家有機体論を唱えた。チェレンは、国家の精神は国民や民族により具現化し、領土は国家の肉体であるとした。領土については地理的個性化の法則を論じ、国家の理想的な姿を自然の範囲、自然的境界と自然の領土にあるとした。自然的境界として最も理想的なものは海であり、大陸国家もまた大洋を目指してその領土を拡大しようとする理由は主にそこにあるとした。一方で、自然的領土については河川ないし河川囲繞と海洋囲繞であるとした。

※この「理論史」の解説は、「海洋国家」の解説の一部です。
「理論史」を含む「海洋国家」の記事については、「海洋国家」の概要を参照ください。