超自然的なものは何もありません。平行宇宙理論（写真6枚）。マルチバースとモノバース。科学は、無限の宇宙に関する「合理的に科学的な」仮説と「非科学的な」量子理論をどのように区別するか

平行世界 - 理論か現実か? 多くの物理学者が長年にわたってこの問題の解決に苦労してきました。

平行世界は存在するのでしょうか？

私たちの宇宙はたくさんある宇宙のうちの一つなのでしょうか？並行世界という考え方は、かつては SF の世界だけに追いやられていましたが、現在では科学者の間で、少なくとも物理学者の間ではますます尊重されるようになってきています。物理学者は通常、どんなアイデアも考えられる範囲の限界まで考えます。実際には、膨大な数の潜在的な並行世界が存在します。物理学者は、「多元宇宙」の可能ないくつかの形態を提案しており、そのそれぞれは物理法則の 1 つまたは別の側面に従って可能です。この定義自体から直接生じる問題は、人々がこれらの宇宙を訪れてその存在を確認することは決してできないということです。そこで問題は、他の方法を使用して、見ることも触れることもできない並行世界の存在をテストするにはどうすればよいでしょうか?

アイデアの誕生

これらの宇宙の少なくとも一部には、私たちの世界の人々と同様、またはまったく同じ生活を送っている人間が住んでいると想定されています。そのような考えはあなたのエゴに触れ、あなたの空想を目覚めさせます。それが、多元宇宙が、どんなに遠く離れていて証明できないものであっても、常にこれほど広く人気を得てきた理由です。多元世界についてのアイデアは、フィリップ K. ディックの『高い城の男』のような本や、『閉まるドアに気をつけろ』のような映画で最も明確に見られるかもしれません。実際、宗教哲学者メアリー・ジェーン・ルーベンシュタインが著書『終わりのない世界』で明確に示しているように、多元宇宙の考え方には何も目新しいものはありません。 16 世紀半ば、コペルニクスは地球は宇宙の中心ではないと主張しました。数十年後、ガリレオの望遠鏡は手の届かない星々を映し出し、人類に初めて広大な宇宙を垣間見せました。したがって、16 世紀の終わりに、イタリアの哲学者ジョルダーノブルーノは、宇宙は無限であり、無数の人の住む世界が含まれている可能性があると推論しました。

宇宙マトリョーシカ

宇宙には多くの太陽系が含まれているという考えは、18 世紀に非常に一般的になりました。 20世紀初頭、アイルランドの物理学者エドモンド・フルニエ・ダルバは、大小さまざまなサイズの「入れ子」宇宙の無限後退が存在する可能性があるとさえ提案した。この観点からすると、単一の原子は実際に人の住む太陽系と考えることができます。現代の科学者は、多宇宙マトリョーシカの存在の仮定を否定していますが、その代わりに、多宇宙が存在し得る他のいくつかの選択肢を提案しています。その中でも最も人気のあるものを紹介します。

パッチワークの宇宙

これらの理論の中で最も単純なものは、宇宙は無限であるという考えに由来しています。それが無限であるかどうかを確実に知ることは不可能ですが、それを否定することも不可能です。それでも無限である場合は、「フラップ」、つまり互いに見えない領域に分割する必要があります。なぜ？実際のところ、これらの領域は互いに非常に離れているため、光はそのような距離を進むことができません。宇宙の誕生はわずか 138 億年なので、138 億光年離れた領域は互いに完全に切り離されています。すべてのデータによると、これらの領域は別個の宇宙と見なすことができます。しかし、それらは永遠にこの状態に留まるわけではなく、最終的には光がそれらの間の境界を横切り、それらは拡大します。そして、実際に宇宙が物質や星や惑星を含む無数の「島宇宙」から構成されているのであれば、地球と同じ世界がどこかに存在するはずです。

インフレ多元宇宙

2 番目の理論は、宇宙がどのように始まったかに関するアイデアから生まれました。ビッグバンの支配的なバージョンによると、それは無限に小さな点として始まり、熱い火の玉の中で信じられないほど急速に膨張しました。膨張が始まってからほんの一瞬で、その加速度はすでに光速をはるかに超えるほどの凄まじい速度に達していた。そして、このプロセスは「インフレーション」と呼ばれます。インフレーション理論は、宇宙がどの時点でも比較的均一である理由を説明します。インフレはこの火の玉を宇宙規模に拡大しました。ただし、元の状態には多数の異なるランダムな変動があり、これらもインフレの影響を受けます。そして現在、それらは宇宙マイクロ波背景放射、ビッグバンのかすかな残光として保存されています。そして、この放射線は宇宙全体に浸透し、宇宙の均一性を低下させます。

宇宙の自然選択

この理論はカナダのリー・スモーリンによって提唱されました。 1992 年に、彼は宇宙が生物と同じように進化し、再生できると提案しました。地球では、自然選択により、より速い走行速度や親指の特別な配置などの「有用な」形質の出現が促進されます。多元宇宙では、ある宇宙を他の宇宙よりも優れたものにする特定の圧力も存在するはずです。スモーリンはこの理論を「宇宙の自然選択」と呼びました。スモーリンの考えは、「母」宇宙はその中で形成される「娘」宇宙に生命を与えることができるというものです。母なる宇宙は、ブラックホールがある場合にのみこれを行うことができます。ブラックホールは、大きな星が自身の重力で崩壊し、すべての原子が無限の密度に達するまで押し寄せられるときに形成されます。

ブレーンマルチバース

20 年代にアルバートアインシュタインの一般相対性理論が人気を博し始めたとき、多くの人が「4 次元」について議論しました。そこには何があるでしょうか？もしかしたら隠された宇宙？これはナンセンスであり、アインシュタインは新しい宇宙の存在を想像していませんでした。彼が言ったのは、時間は空間の 3 次元と同じ次元である、ということだけでした。 4 つすべてが互いに絡み合って時空連続体を形成し、その物質が歪められ、重力が得られます。それにもかかわらず、他の科学者たちは宇宙の別の次元の可能性について議論し始めました。隠された次元のヒントは、理論物理学者セオドア・カルーザの研究の中に初めて現れました。 1921 年、彼はアインシュタインの一般相対性理論の方程式に新しい次元を追加することで、光の存在を予測するために使用できる追加の方程式が得られることを実証しました。

多世界解釈 (量子多元宇宙)

量子力学の理論は、科学の中で最も成功した理論の 1 つです。原子やその構成素粒子などの最小の物体の挙動について説明します。分子の形状から光と物質の相互作用に至るまで、あらゆる現象を驚異的な精度で予測できます。量子力学では、粒子を波の形で考慮し、波動関数と呼ばれる数式で記述します。おそらく、波動関数の最も奇妙な特徴は、粒子が複数の状態で同時に存在できることです。これを重ね合わせといいます。しかし、測定は物体に特定の位置を選択させるため、何らかの方法で物体を測定するとすぐに重ね合わせは崩れます。 1957 年、アメリカの物理学者ヒュー・エベレットは、このアプローチの奇妙な性質について不平を言うのをやめ、ただそれを受け入れて生きるべきだと提案しました。彼はまた、物体が測定されるときに特定の位置に切り替わるのではなく、波動関数に埋め込まれたすべての可能な位置が等しく現実であると信じていました。したがって、物体を測定するとき、人は多くの現実のうちの 1 つだけを見ますが、他のすべての現実も存在します。

11 162

私たちが住んでいる宇宙はひとつではないかもしれません。実際、私たちの宇宙は、「多元宇宙」を形成する無数の宇宙のうちの 1 つでしかあり得ません。
一部の専門家は、隠された宇宙が存在する可能性が高いと考えています。

私たちが多元宇宙に住んでいることを示唆する、最ももっともらしい科学理論を 5 つ紹介します。

1. 無限の宇宙

科学者たちは時空がどのような形をしているのかまだわかっていませんが、おそらくそれは平らで（球形やドーナツ形ではなく）、無限に伸びています。しかし、時空が無限である場合、粒子を空間と時間に配置する方法は有限であるため、ある時点で繰り返しが開始されるはずです。

したがって、十分遠くを見ることができれば、自分の別のバージョン、実際には無限のバージョンが見えることになります。これらの双子の中には、あなたが今していることとまったく同じことをしている人もいるでしょうが、今朝は別のセーターを着ている人もいるでしょうし、3人目と4人目はまったく異なるキャリアやライフスタイルを持っているでしょう。

ビッグバンから 137 億年後 (137 億光年) に光が到達する可能性がある範囲までしか広がりません。この距離を超えた時空は、それ自体が独立した別個の宇宙と考えることができます。このように、巨大な宇宙モザイクの中に多くの宇宙が隣り合って存在しています。

時空は無限に伸びることができます。これが本当であれば、私たちの宇宙にあるすべてのものはいつか必ず繰り返され、無限の宇宙のパッチワークが形成されることになります。

2. 亜宇宙

量子力学の理論は、素粒子の小さな世界を支配しており、複数の宇宙が発生する別の方法を提供します。量子力学は世界を確率の観点から説明しますが、具体的な結果はありません。そして、この理論の数学は、ある状況で考えられるすべての結果は、それぞれ別の宇宙で発生することを示唆しています。たとえば、右または左に進むことができる交差点に到達すると、宇宙は 2 つの娘宇宙を生み出します。1 つは右に進むもの、もう 1 つは左に進むものです。

「そしてどの宇宙にも、何らかの結果の証人として、あなたのコピーが存在します。自分の現実だけが唯一の現実だと考えるのは間違いです。」

– ブライアン・ランドルフ・グリーン著『Hidden Reality』。

3. バブルユニバース

無限に膨張する時空によって作成される複数の宇宙に加えて、いわゆる「永遠のインフレーション」理論に関連して他の宇宙が発生する可能性があります。インフレーションの概念は、宇宙がビッグバンの後、風船が膨らむように急速に膨張するというものです。タフツ大学の宇宙学者アレクサンダー・ビレンキンによって最初に提案された永遠のインフレーションは、宇宙の一部が膨張を停止する一方、他の領域は膨張を続けるため、多くの孤立した「バブル宇宙」が生じることを示唆しています。

したがって、インフレーションが終わり、星や銀河が形成される私たちの宇宙は、広大な宇宙の海の中の小さな泡にすぎず、その一部はまだ膨張しており、私たちの宇宙と同様に他の多くの泡を含んでいます。そして、これらのバブル宇宙の一部では、物理法則と基本定数が私たちのものとは異なる可能性があり、そのため、いくつかの宇宙は本当に奇妙な場所になっています。

4. 数学的宇宙

科学者たちは、数学が単に数学にとって有用なツールであるのか、それとも数学自体が根本的な現実であり、私たちの宇宙の観察はその真の数学的性質の不完全な認識にすぎないのかについて議論しています。後者の場合は、おそらく私たちの宇宙を構成する特定の数学的構造が唯一の選択肢ではなく、実際、考えられるすべての数学的構造が独自の別個の宇宙として存在します。

「数学的構造は、完全に人間の努力に依存するような方法で記述できるものです」と、一見クレイジーなアイデアを提案したマサチューセッツ工科大学のマックス・テグマーク氏は言う。

「私は、この存在する宇宙は私とは独立して存在することができ、たとえ人がいなくても存在し続けると心から信じています。」

5. 平行宇宙

ひも理論から生まれるもう 1 つのアイデアは、プリンストン大学のポールスタインハートとカナダのオンタリオにある理論物理学ペリメーター研究所のニールテュロックによって提案された、「ブレーンワールド」という概念です。これは、私たちの手の届かないところに浮かぶ並行宇宙です。このアイデアは、私たちが知っている 3 次元空間以外にも、私たちの世界にはさまざまな次元が存在する可能性から生まれています。私たちの 3D ブレーン空間に加えて、他の 3D ブレーンも高次元空間に浮遊できます。

異なる物理法則を持つ宇宙は居住可能である可能性があります。多元宇宙における私たちの本当の位置をより深く理解するには、他の宇宙を研究する必要があります。

典型的なハリウッド映画のヒーローは常に死と闘っています。多くの悪人が彼に向かって発砲しますが、そのたびに間一髪のところで命を落とします。飛び降りるスーパーマンと爆発する車の火の玉は、ほんの数秒の間隔で分離されました。悪党のナイフが彼の喉を切り裂こうとする直前に、友人たちが助けに来る。これらの出来事のどれかが少しでも違った結果になったら、それは別れになります。そうは言っても、たとえその映画をまだ見ていないとしても、何かが私たちにこの映画が特定の終わり方をすることを告げています。

ある意味、私たちの宇宙の歴史はハリウッド映画に似ています。一部の科学者は、物理学の基本法則の 1 つがわずかに変化しただけでも、宇宙の正常な発展を混乱させ、私たちの存在を不可能にする大惨事につながる可能性があると信じています。たとえば、原子核を結びつける強い核力がわずかに強かったり、逆に弱かったりすると、生命はもちろんのこと、惑星の形成に必要な炭素やその他の化学元素が恒星内で形成されることはほとんどありません。陽子が実際よりも 0.2% 重いだけであれば、すべての原始水素はほぼ即座に中性子に崩壊し、原子はまったく形成されません。そして、そのような偶然は数え切れないほどあります。

基本的なポイント

1. それぞれ独自の物理法則を持つ他の多くの宇宙は、私たちの宇宙を誕生させたのと同じ原始真空から生じた可能性があります。

2. これらの可能性のある宇宙の多くには、複雑な構造が含まれている可能性があり、おそらく何らかの生命体が含まれている可能性もあります。

3. 世界の多様性に関するこのような概念は、これまで信じられていたように、私たちの宇宙が生命の出現に特別に「調整」されていない可能性を示唆しています。

物理法則、特に基本的な力の結合定数など、物理法則に含まれる世界定数は、私たちの存在を可能にするような方法で「調整」されていることが判明しました。この観点は、科学の範囲を超えているかもしれない超自然的な説明を引きつけようとする試みとそれほど離れていません。 1970年代の多くの物理学者や宇宙学者。私たちの宇宙は多く存在するものの 1 つにすぎず、それぞれが独自の物理法則を持っていると示唆することで、問題を解決し始めました。このような「人間的」推論によれば、私たちは、一連の条件が生命の形成を可能にした非常にまれな、特別に「調整された」宇宙に住んでいる可能性があります。

1980年代にその基礎が築かれた現代宇宙論の一般的な理論によれば、「並行宇宙」が実際に存在し得るというのは驚くべきことである。実際、私たちの宇宙が形成されたのと同じように、多くの宇宙が原始真空から絶えず誕生する可能性があります。私たちの宇宙は、多元宇宙と呼ばれる広大で包括的な空間にある、そのような「ポケット」宇宙が多数存在するうちの 1 つである可能性があります。そのような宇宙の大部分では、物理法則は、身近な物質や銀河、星、惑星、生命の形成につながらない可能性があります。しかし、考えられるすべての選択肢をすべて考慮すると、自然は少なくとも 1 回は「正しい」法則を形成する可能性が十分にあります。

マルチバースとは何ですか?

代替宇宙は、実際に存在する可能性があるという事実もあり、現在、真剣な研究の対象となっています。一般に受け入れられている宇宙論モデルによれば、私たちの宇宙は、インフレーションと呼ばれる急速な指数関数的膨張により、原初の真空の微視的な領域から誕生しました。しかし、真空は継続的に他の宇宙を生み出す可能性があります。各宇宙には独自の一連の物理法則があります。生命の出現を許可できるものもあれば、許可できないものもあります

しかし、私たちの最近の研究によると、他の宇宙のいくつかは、それらが存在すると仮定すると、それほど友好的ではないかもしれません。注目すべきことは、基本定数の代替値の例、つまり、非常に興味深い世界、さらには生命さえも存在できる基礎となる物理法則の代替セットの例を発見したことです。基本的なアイデアは、自然法則の 1 つを変更し、その後、他のすべてを何らかの方法でそれに調整することです。

私たちの研究は、例えば、宇宙定数の小ささの問題などの理論物理学の深刻な問題とは多少離れています。そのおかげで、私たちの宇宙はビッグバン直後に崩壊せず、指数関数的に成長する爆発によって引き裂かれませんでした。拡大。それにもかかわらず、原理的には居住可能な代替宇宙の存在は興味深い疑問を引き起こし、私たちの宇宙がいかにユニークであるかを理解することを可能にします。

弱い相互作用のない人生

科学者が一般に受け入れている方法は、いくつかの基本定数を適切な変数に変換して変更し、研究対象のモデルの他のすべてのパラメーターは変更しないことです。新たに生じた物理法則に基づいて、科学者たちは宇宙についての映画を見ているようです。彼らは計算を行い、コンピュータモデリングを使用して宇宙の発展に関するさまざまなシナリオを予測し、起こり得る災害についての仮定を立てます。しかし、なぜ一度に 1 つのパラメータだけが固定されるのでしょうか? この状況は、ドライバーが 1 つの緯度または経度のみに従い、両方の値を同時に変更しない場合の車の運転を彷彿とさせます。ただし、グリッド線の 1 つに固執しても、希望する道にたどり着けないことは明らかです。したがって、少なくとも 2 つのパラメータを変更する必要があります。

生命を生み出す可能性のある複雑な構造を依然として作り出すことができる代替の物理法則を探すために、私たちの一人（ギラッド・ペレス）と彼の協力者は、既知の物理法則を少しも修正することなく、単純に完全に除外しました。 4 つの基本的な相互作用の 1 つ。

居心地の良い世界を見つけるにはどうすればよいでしょうか?

自然法則の多くの詳細がうまく調整されていることが判明しました。したがって、物理方程式に現れる定数の値がわずかに変化すると、通常は災害が発生します。たとえば、原子が発生できなかったり、物質が宇宙に高度に分散したりして、銀河も星も惑星も形成できなくなります。ただし、2 つの定数を一度に変更すると、複数の可能な値が得られ、複雑な構造や、ある種の知的生命体の出現が可能になる場合があります。 3つ以上のパラメータを変更すると可能性がさらに広がります

まさにその名前の通り、基本的な相互作用は、自尊心のある宇宙に必要なものとして表現されています。したがって、クォークを結合して陽子と中性子にし、さらにこれらを原子核に変える強い核相互作用がなければ、私たちが知っているように物質は存在しません。電磁相互作用がなければ、光も原子も化学結合も存在しません。重力がなければ、物質を結合して銀河、星、惑星を形成する力は存在しません。

第 4 の力（弱い核）は、私たちの日常生活に目に見えず存在しますが、宇宙の歴史においても重要な役割を果たしています。他のさまざまな重要な特性の中でも、弱い相互作用により、中性子が陽子に変換したり、その逆が可能になったりします。ビッグバン後の最初の瞬間、クォーク（物質の最初の形態の一つ）が 3 つのグループに集まって陽子と中性子（まとめてバリオンと呼ばれます）を形成した後、後者は 4 つのグループに結合してヘリウムを形成することができました。 - 2 つの陽子と 2 つの中性子を含む 4 つの原子核。このいわゆるビッグバン元素合成は、バリオンを形成するのに十分な温度まで冷却されたものの、核融合が起こらなかったとき、私たちの宇宙の生涯の中でわずか数秒しかかかりませんでした。ビッグバン元素合成プロセスでは水素とヘリウムが生成され、後に星が形成され、核融合やその他のプロセスによって他のすべての化学元素が生成されます。今日に至るまで、ヘリウム 4 を生成する 4 つの陽子の融合が太陽の内部で続いており、この星から受け取るエネルギーのほとんどはそこで生成されます。

「パラレル・ユニバース」に関するその他の注意事項

物理学者や宇宙学者（そして多くの場合 SF 作家）は、さまざまな文脈で並行世界について語ります。記事で提示されているものとは異なる多元宇宙の概念が少なくとも 3 つあります

ハッブルバブル
私たちの宇宙はおそらく、私たちが観察できる宇宙の一部、つまり「ハッブルバブル」よりもはるかに大きいのです。私たちの宇宙のサイズが無限である場合、さまざまな銀河に位置する観測者の中心を持つそのような泡が無限に存在するはずです。私たちのものと同じものもあれば、異なるものもあります。

ブローンズ
空間が 3 次元を超える場合、私たちの宇宙は高次元空間にある 3 次元の膜、つまり「ブレーン」の 1 つである可能性があります。このような並行世界は、互いに影響を及ぼし合ったり、融合したりする可能性があります。

多次元世界に関する仮説.
量子物理学では、同じ物体が異なる状態になる可能性があります。有名な「シュレディンガーの猫」のように、生きている状態と死んでいる状態の両方があります。そして、外部からの影響だけが、オブジェクトを 1 つの特定の状態に強制できるのです。一部の科学者は、可能な状態の連続セット全体が存在し、それぞれが宇宙の歴史の別個の「枝」にあると信じています。

弱い力がなければ、宇宙で複雑な化合物、ひいては生命が形成された可能性は低いと思われます。 2006 年、ペレスと彼のチームは、他の 3 つの力だけに依存しながらも、宇宙を居住可能にしている多くの物理法則を発見しました。

弱い力を排除するには、重力を除くすべての相互作用を記述する、いわゆる素粒子物理学の標準モデルにいくつかの変更を加える必要がありました。研究チームは、他の 3 つの力、およびクォーク質量などの残りの基本パラメータの挙動が私たちの世界と同じになるように修正を加えることができることを示しました。このような選択は保守的であり、宇宙の発展のパラメータの計算を容易にすることを目的としていることに注意したいと思います。弱い相互作用が「欠けている」他の宇宙が多数存在する可能性は十分にありますが、私たちの宇宙とはまったく異なります。弱い力のない宇宙では、陽子を正常に融合させてヘリウムを形成することは不可能である。なぜなら、このプロセスでは 2 つの陽子を中性子に変換する必要があるからである。ただし、化学元素の形成には別の方法も可能です。たとえば、私たちの宇宙では物質が反物質よりも大幅に優勢ですが、そのような非対称性を制御するパラメーターの値を少し調整するだけで、ビッグバン元素合成で重水素原子核の大部分を残すことができます。水素 2 としても知られる重水素は、その原子核に 1 つの陽子に加えて 1 つの中性子も含まれる水素の同位体です。したがって、星は陽子と重水素原子核の融合とヘリウム 3 原子核 (陽子 2 つと中性子 1 つ) の形成によって輝く可能性があり、そのような星は弱い相互作用による反応がなく、より低温で小さいと考えられます。私たちの宇宙の星たち。プリンストンの天体物理学者アダム・バロウズによるコンピュータ・シミュレーションによると、そのような星はわずか70億年（太陽のおおよその年齢）で燃え尽き、太陽の数パーセントの割合でエネルギーを放出する可能性があるという。

次のステージ

私たちの宇宙の星のように、弱い相互作用のない星は、核反応の結果として鉄までの化学元素を合成することができます。しかし、私たちの星で鉄より重い元素の生成につながる典型的な反応は、これらの星では常に起こるわけではありません。主な理由は、原子核に捕獲されて重い同位体を生成できる中性子が少なすぎるためです。これが最初のステップです。重元素の形成。微量の重元素（ストロンチウムまで）は、他のメカニズムを通じて弱い力を奪われた星内で合成されます。

私たちの宇宙では、超新星爆発によって新しい合成元素が宇宙全体に広がり、それ自体が新しい元素を合成します。超新星にはいくつかの種類があります。弱い力のない宇宙では、超大質量星の崩壊によって引き起こされる超新星爆発は起こらない可能性があります。爆発は、星の内部からエネルギーを奪う弱い力によって生成される中性子流であるためです。そして爆発を引き起こす衝撃波を発生させます。しかし、異なるタイプの超新星、つまり降着や重力崩壊による星の熱核爆発も存在する可能性があります。このようにして、元素は星間空間に分散され、そこで新しい星や惑星が誕生します。

弱い力の反応がない恒星の温度が比較的低いことを考慮すると、地球に似た天体は太陽に約 6 倍近づくはずです。そのような惑星の住人にとって、星ははるかに大きく見えるでしょう。弱い力のないそのような新しい地球は、多くの点で私たちの故郷の惑星とは異なるでしょう。私たちの世界では、プレートと火山活動は、地球内部でのウランとトリウムの放射性崩壊からエネルギーを得ています。これらの重元素が欠けていると、弱い力のない典型的な地球は、土星や木星の衛星の一部で起こるように、追加の加熱源となる重力過程を除けば、比較的鈍くて特徴のない地質になるでしょう。

一方、化学は私たちの世界と似ています。違いは、他の元素のごく微量の痕跡を除いて、周期表が鉄で終わることです。しかし、そのような制限は、私たちに知られているものと同様の生命体の形成を禁止するものではありません。したがって、3 つの基本的な相互作用がある宇宙でも生命が発生する可能性があります。

この論文の別の著者 (Alejandro Jenkins) と共同研究者が検討した別のアプローチは、弱い相互作用のない宇宙の場合よりも標準モデルの修正を少なくするために、物理法則の代替セットを探すことです (これは追加のパラメーターが導入されます)。 2008年、科学者チームは、6つのクォークのうち最も軽い3つ（アップクォーク、ダウンクォーク、ストレンジクォークと呼ばれる）の質量が有機化学を維持しながらどの程度変化する可能性があるかを研究した。クォークの質量の変化は、どのバリオンとどの原子核が急速な崩壊なしに存在できるかに必然的に影響を及ぼします。次に、原子核の種類の違いが化学全体に影響を与えることになります。

オルタナティブ・ユニバースの簡単な歴史

通常の 4 つの力の代わりに 3 つの基本的な力を持つ宇宙は、驚くほどよく知られているかもしれません。その方法は次のとおりです。

素粒子物理学の標準モデルのいくつかの定数を変更して、弱い力を削除します。
残りの相互作用は、私たちの宇宙とまったく同じままにしておきます。
他のパラメーターを変更して、星内での核反応の存在を促進します。

その結果、地球上の生命体と同様の生命体を支えることができる複雑な構造の世界が誕生するでしょう。

クオーク化学

知的生命体は、それが私たちのものとあまり変わらないとしても、定義上炭素を含むある種の有機化学を必要とするというのはもっともらしいように思われます。炭素の化学的性質はその原子構造の結果です。その原子核は 6 の電荷を持っています。中性の炭素原子の軌道には電子が 6 つあります。これらの特性により、炭素は多種多様な分子を生成します。生命は周期表の炭素族の次の元素であるケイ素に基づいているのではないかというSF作家によるしばしば示唆は、物議を醸しているが、それはケイ素に基づく多様な分子がそれほど多くないためである。さらに、複雑な有機分子を形成するには、水素 (電荷 1) と酸素 (電荷 8) の化学的性質を持つ元素が必要です。有機化学を生成できるかどうかを確認するために、研究チームは、電荷 1、6、または 8 の原子核が化学反応に参加する前に放射性崩壊するかどうかを計算する必要がありました (補足記事を参照)。質量は、その構成要素であるバリオンの質量によって決まります。クォークの質量から計算を始めると、バリオンと原子核の質量の計算は、私たちの宇宙であっても非常に複雑になります。ただし、クォーク相互作用の強度を微調整した後、宇宙で測定されたバリオンの質量を使用して、クォークの質量のどのような変化が原子核の質量に影響を与えるかを推定することができます。

私たちの世界では、中性子は陽子よりちょうど 0.1% 重いです。クォークの質量が変化して中性子が陽子より 2% 重くなると、炭素と酸素の安定な化合物は存在しなくなります。陽子が中性子より重くなるようにクォークの質量が「調整」された場合、水素原子核の陽子は軌道上の電子を捕らえて中性子になる可能性があり、そのため水素原子は長期間安定ではなくなります。しかし、重水素または三重水素 (水素-3) はまだ安定しており、何らかの形の酸素と炭素を形成している可能性があります。私たちの研究は、たとえ陽子が中性子よりも 1% 以上重くなったとしても、安定した水素の一部が消失する可能性があることを示しました。

重水素（または三重水素）が水素 1 に置き換わると、海洋は通常の水と物理的および化学的特性にわずかな違いしかない「重水」で満たされることになります。そのような世界では、有機生命体の発達に対する根本的な障害は存在しないでしょう。

物質で遊ぶ

軽いクォークの質量が変化したと想像してください (中性子や陽子など、安定したバリオンを形成できる粒子について話しています)。私たちが知っているような生活が可能になるような要素は残るのでしょうか？少なくとも、結果として得られる宇宙には、電荷 1、6、および 8 を持つ安定した原子核が含まれている必要があります。このような電荷は、それぞれ水素、炭素、酸素と同様の性質を与えるでしょう。以下に、何が起こったのかについてのいくつかのオプションを示します。

私たちの世界では、3 番目に軽いクォーク (ストレンジクォーク) は重すぎて核物理学のプロセスに参加できません。しかし、その質量が10倍以上減少すると、陽子や中性子だけでなく、strange クォークを含む他のバリオンからも原子核が形成される可能性があります。

たとえば、私たちの研究チームは、アップクォークとストレンジクォークが同じ質量を持つ可能性があるが、ダウンクォークの方がはるかに軽い宇宙を特定しました。原子核は陽子と中性子で構成されません。中性子の代わりに、「シグママイナス」と呼ばれる別のバリオンが存在します。このように根本的に異なる宇宙であっても、安定した形態の水素、炭素、酸素が存在し、したがって有機化学が存在する可能性があることに注意することが重要です。生命がどこかに出現するのに十分な量のそのような元素が発生するかどうかは未解決の問題です。

しかし、もし生命が誕生することができれば、私たちの世界と同じことが起こるかもしれません。このような宇宙では、物理学者はなぜトップクォークとストレンジクォークがほぼ同じ質量を持つのかという疑問に直面することになる。彼らは、このような驚くべき偶然には、有機化学の存在の必然性に基づいて、人間学的に説明できるのではないかとさえ想像するかもしれません。しかし、トップクォークとストレンジクォークの質量は異なるにもかかわらず、私たちの世界にも有機化学があるため、そのような説明が誤りであることはわかっています。

一方、3 つの軽いクォークがすべて同じ質量を持つ宇宙には有機化学が存在しない可能性があります。十分に大きな電荷を持つ原子核はほぼ即座に崩壊します。残念ながら、物理的パラメーターが私たちのものとは異なる宇宙の歴史を詳細に再構成することは非常に困難です。このトピックについてはさらなる研究が必要です。

文字列の風景

科学者は、モデリングとパラメーターのフィッティングを通じて、多元宇宙の存在の間接的な証拠を入手しました。多元宇宙の本当の存在にはまだ疑問があるのでしょうか? 2 つの理由から、これは必要ないと考えています。 1 つ目は、理論と一致する観察に基づくものです。天文学的な証拠は、私たちの宇宙が時空の小さな領域、おそらく陽子の 10 億分の 1 のサイズから誕生したという仮説を強く裏付けています。その後、宇宙はインフレーションと呼ばれる急速な指数関数的な成長段階を経ました。宇宙学者はまだインフレーションの決定的なモデルを作成していませんが、理論によれば、時空の異なる領域が異なる速度で膨張する可能性があり、その結果、独自の物理定数を持つ独立した宇宙となる「ポケット」に似たものが作成される可能性があります。個々のポケット宇宙の間の空間は非常に急速に拡大し続ける可能性があり、光の速度であっても、ある宇宙から別の宇宙に移動してメッセージを送信することは不可能になります。

多元宇宙の存在の 2 番目の理由は、空の空間のエネルギーの尺度である宇宙定数の値が、異常な精度で「調整」されているということです。量子物理学は、空の空間にもエネルギーがあると予測しています。アインシュタインの一般相対性理論は、あらゆる形態のエネルギーが重力を引き起こすと述べています。エネルギーが正の場合、空間は指数関数的に膨張します。マイナスの場合、宇宙は「ビッグスラム」に崩壊します。量子論によれば、宇宙定数の大きさは非常に大きく、銀河などの構造が形成できないほど宇宙が急速に膨張するか、宇宙が一瞬のうちに崩壊してしまうほどであるはずだ。

誰かいませんか？

多くの物理法則が原初の真空から出現する可能性があります。以下で論じるものを含め、ほとんどの場合、そのような宇宙で生命が発生できるかどうかは不明です。しかし、将来の研究でこの質問に答えられるかもしれません

ヘリウムのルール
弱い力を使わずに宇宙に特定の変更を加えると、実質的に水素が存在しない宇宙が形成される可能性があります。星は主にヘリウムでできているだろう

マルチクォーク
私たちの宇宙では、クォークはペアまたは三重項で結合して粒子を形成しますが、他の宇宙では、クォークは 4 つ、5 つ、またはそれ以上のグループで結合することができます。

高次元
超ひも理論によれば、空間には 10 次元があります。私たちの宇宙では、3 つを除くすべてがねじれているか、何らかの理由で見えません。 4 つ以上の次元がまだ表示されている場合はどうなりますか?

私たちの宇宙がそのような恐怖を免れた理由を説明する 1 つの方法は、アインシュタインの方程式の中のある項が宇宙定数の寄与を打ち消したと示唆することです。問題は、この項を非常に正確に「調整」する必要があることです。その値が小数点以下 100 分の 1 ずれるだけで、宇宙に構造が存在しなくなる可能性があります。

1987年、テキサス大学オースティン校のノーベル賞受賞理論物理学者スティーブン・ワインバーグは、人類学的説明を提案した。彼は宇宙定数の値の上限を計算しました。もしその本当の価値がもっと大きいなら、宇宙は急速に膨張し、宇宙には生命の出現に必要な構造が存在しなくなるでしょう。したがって、私たちの存在そのものが、宇宙定数の値が小さいことを証明しています。

さらに1990年代末。前世紀、天文学者らは、未知の形態の「暗黒エネルギー」により宇宙が加速膨張していることを発見しました。観測された膨張率は、ワインバーグが予測した範囲内で宇宙定数が小さく正であることを示唆しています。これは、暗黒エネルギーが非常に「まばら」であることを意味します。

したがって、宇宙定数は最高の精度で「調整」されているように見えます。さらに、私たちのグループが弱い相互作用とクォーク質量に適用した方法は、この場合は失敗するようです。なぜなら、宇宙定数が私たちが観測する値よりも大幅に大きい関連宇宙を検出することは明らかに不可能だからです。多元宇宙では、宇宙の大部分は、構造が形成されない宇宙定数を持つ可能性があります。現実世界の類似点は、困難な砂漠を何千人もの人々が旅することです。これをなんとかやり遂げて生き残った幸運な少数の人は、現実とはあまりにもかけ離れているように見える毒ヘビやその他の致命的な危険についての刺激的な物語を語るでしょう。

弦理論から生まれた理論的議論 (標準モデルの推測的な拡張と、すべての相互作用を微視的な弦の振動として説明する試み) は、そのようなシナリオをサポートしているようです。これらの議論は、インフレーション中、宇宙定数やその他のパラメーターは、「ひも理論のランドスケープ」と呼ばれる、真に無限の範囲の異なる値を持つ可能性があることを示唆しています( 参照: Busso R.、Polchinski J. 超弦理論の風景 // VMN、No. 12、2004）。しかし、私たち自身の研究は、少なくとも宇宙定数の場合を除いて、人間原理の有用性に疑問を投げかけています。重要な問題も発生します。たとえば、生命が弱い力なしで本当に可能であるならば、そもそも生命はなぜ私たちの宇宙に存在するのでしょうか? 実際、素粒子物理学によれば、私たちの宇宙には弱い力が存在しますが、十分に弱いわけではありません。その観測等級は、標準模型では不自然に大きく見えます。この謎の主な説明には、新しい粒子と新しい力の存在が必要であり、物理学者は大型ハドロン衝突型加速器でそれらを発見することを望んでいます。その結果、多くの理論家は、宇宙の大部分には、事実上存在しないと考えられるほど弱い力が存在すると予想しています。したがって、私たちが弱い力を持つ宇宙に住んでいることは驚くべきことではありません。当然のことながら、宇宙がどのように誕生したかについての深い知識だけが、これらすべての質問に答えるのに役立ちます。特に、私たちは、自然がこれらの法則を受け入れ、他の宇宙の法則を受け入れないという、より基本的なレベルでの物理的原理を発見することができます。多元宇宙における私たちの本当の場所、あるいはその先にあるものを理解するには、それらについてもっと学んでください。

アレハンドロ・ジェンキンス(アレハンドロ・ジェンキンス) はコスタリカ人で、フロリダ大学の高エネルギー物理学グループで働いています。ハーバード大学およびカリフォルニア工科大学を卒業。彼は MIT でボブ・ジャッフェおよびイタマール・キムチとともに代替宇宙の可能性を研究しています。ギラッド・ペレスは、レホヴォトにあるイスラエルのワイツマン研究所の理論物理学者で、2002 年に国立研究所から博士号を取得しました。ローレンス・バークレー氏は、スタンフォード大学のロニ・ハーニク氏とオレゴン大学のグラハム・D・クリブス氏とともに多元宇宙を探索しています。彼はストーニーブルック大学、ボストン大学、ハーバード大学でも働いています。

追加の文献

デザイナーユニバース？スティーブン・ワインバーグ。米国科学振興協会の宇宙設計に関する会議、ワシントン D.C.、1999 年 4 月。www.physlink.com/education/essay_weinberg.cfm でオンラインで入手可能。
テグマーク M. 平行宇宙 // VMN、No. 8、2003。
弱い相互作用のない宇宙。ロニ・ハーニク、グラハム・D・クリブス、ギラッド・ペレス、フィジカル・レビューD、Vol. 74、いいえ。 3、ページ035006-1-035006-15; 2006 年 8 月。
クォーク質量: 環境影響に関する声明。ロバート・L. ジャッフェ、アレハンドロ・ジェンキンス、イタマール・キムチ、フィジカル・レビュー D、Vol. 79、いいえ。 6、ページ065014-1065014-33。 2009 年 3 月。

マルチバースとは、多くの並行宇宙の存在を示唆する科学概念です。これらの世界の多様性、その性質、相互作用を説明する仮説が数多くあります。

量子論の成功は否定できません。結局のところ、それは、現代世界に知られているすべての基本的な物理法則を表しています。それにもかかわらず、量子論は依然として明確な答えのない多くの疑問を投げかけています。その 1 つはよく知られている「シュレーディンガーの猫問題」です。これは、特定の事象の予測と確率に基づいて形成される量子論の基礎が不安定であることを明確に示しています。重要なのは、量子論によれば、粒子の特徴は、すべての可能な状態の合計に等しい状態で存在することであるということです。この場合、この法則を量子の世界に適用すると、猫は生きている猫と死んだ猫の状態の合計であることがわかります。

そして、量子論の法則はレーダー、ラジオ、携帯電話、インターネットなどの技術の応用にうまく利用されていますが、私たちは上記のパラドックスに我慢しなければなりません。

量子問題を解決するために、箱を開けて猫の状態を観察すると、それまで不定だった猫の状態が明確になるという、いわゆる「コペンハーゲン理論」が形成されました。しかし、例えばコペンハーゲン理論を適用すると、冥王星は 1930 年 2 月 18 日にアメリカの天文学者クライド・トンボーによって発見されて以来、存在していたということになります。この日だけ冥王星の波動関数（状態）が記録され、残りは全て崩壊した。しかし、冥王星の年齢は35億年をはるかに超えていることが知られており、コペンハーゲンの解釈に問題があることを示している。

複数の世界

量子問題の別の解決策は、1957 年にアメリカの物理学者ヒュー・エベレットによって提案されました。彼は、いわゆる「量子世界の多世界解釈」を定式化しました。それによると、物体が不確実な状態から特定の状態に移行するたびに、この物体はいくつかのありそうな状態に分割されます。シュレーディンガーの猫の例で言えば、箱を開けると、猫が死んでいるシナリオの宇宙が現れ、猫が生きている宇宙が現れます。したがって、彼は 2 つの状態にありますが、並行世界では、つまり、猫のすべての波動関数は有効なままであり、どれも崩壊しません。

多くの SF 作家が SF 作品で使用したのはこの仮説でした。複数の並行世界は、歴史が異なる方向を辿った多数の代替出来事の存在を示唆しています。たとえば、ある世界では、無敵のスペイン無敵艦隊が敗北しなかったり、第三帝国が第二次世界大戦で勝利したりしませんでした。

このモデルのより現代的な解釈は、波動関数の一貫性の欠如によって他の世界との相互作用が不可能であることを説明します。大まかに言えば、ある時点で私たちの波動関数は並行世界の関数に合わせて振動しなくなりました。そうすれば、私たちが他の宇宙から来た「ルームメイト」と何の交流もすることなくアパートで共存し、彼らと同じように、私たちの宇宙が本物であると確信できる可能性は十分にあります。

実際、「多世界」という用語は、この理論には完全に適切というわけではありません。なぜなら、この理論では、さまざまな種類の出来事が同時に発生する 1 つの世界が想定されているからです。

ほとんどの理論物理学者は、この仮説が信じられないほど素晴らしいことに同意しますが、これは量子論の問題を説明します。しかし、多くの科学者は、多世界解釈は科学的手法を使って確認したり反駁したりすることができないため、科学的であるとは考えていません。

量子宇宙論では

今日、科学者は量子論をいかなる物体にも使用するのではなく、宇宙全体に適用することを意図しているため、複数の世界の仮説が科学の現場に戻ってきています。私たちはいわゆる「量子宇宙論」について話していますが、一見したところ、その定式化さえ不合理であるように見えます。この科学分野の質問は宇宙に関連しています。宇宙形成の最初の段階での宇宙の極小サイズは、量子論のスケールと非常に一致しています。

この場合、宇宙の次元がのオーダーであれば、これに量子論を適用することで、宇宙の不定状態も得ることができます。後者は、異なる確率で異なる状態にある他の宇宙が存在することを意味します。そして、すべての平行世界の状態を合計すると、単一の「宇宙の波動関数」が得られます。多世界解釈とは異なり、量子宇宙は別々に存在します。

ご存知のように、宇宙の微調整という問題は、世界の自然の基本法則を定義する物理的基本定数が生命の存在にとって理想的に選択されているという事実に注目を集めます。陽子の質量がもう少し小さければ、水素より重い元素の形成は不可能になります。この問題は、異なる基本値を持つ多くの並行宇宙が実現される多元宇宙モデルを使用して解決できます。そして、これらの世界のいくつかが存在する確率は低く、それらは誕生後すぐに、たとえば縮小したり飛び散ったりして「死んで」しまいます。矛盾のない物理法則を形成する定数を持つ他の定数は、安定したままである可能性が高くなります。この仮説によると、多元宇宙には多数の並行世界が含まれており、そのほとんどは「死んだ」ものであり、少数の並行世界だけがそれらが長期間存在することを可能にし、知的生命体の存在の権利さえ与えます。人生。

弦理論では

理論物理学の最も有望な分野の 1 つは、です。それは、拡張された一次元の物体である量子列の記述を扱い、その振動は粒子の形で私たちに見えます。この理論の本来の目的は、一般相対性理論と量子論という 2 つの基本理論を統合することです。後で判明したように、これはいくつかの方法で行うことができ、その結果、いくつかの弦理論が形成されました。 1990 年代半ば、多くの理論物理学者は、これらの理論が、後に「M 理論」と呼ばれる単一の構造の異なる例であることを発見しました。

その特異性は、特定の 11 次元の膜の存在にあり、その糸が私たちの宇宙に浸透しています。しかし、私たちは 4 つの次元 (3 つの空間座標と 1 つの時間) の世界に住んでいますが、他の次元はどこに行くのでしょうか? 科学者らは、彼らが非常に小規模に閉鎖していると示唆していますが、技術の発展が不十分なためまだ観察することはできません。この記述から、別の純粋に数学的な問題が生じます。つまり、多数の「偽の真空」が発生します。

私たちには観察できない空間のこの畳み込みと偽の真空の存在の最も簡単な説明は、多元宇宙です。弦物理学者は、物理法則が異なるだけでなく、次元数も異なる膨大な数の宇宙が存在するという考えに基づいています。したがって、私たちの宇宙の膜は、簡略化された形で球体、つまり私たちが住んでいる表面の泡として表すことができ、その7つの次元は「崩壊」状態にあります。したがって、私たちの世界は、他の膜宇宙とともに、11次元の超空間に浮かぶたくさんのシャボン玉のようなものになります。 3次元空間に存在する私たちにはそこから出ることができないため、他の宇宙と交流する機会がありません。

前述したように、ほとんどの並行世界と宇宙は消滅しています。つまり、生命にとって不安定または不適当な物理法則により、その物質は、たとえば構造のない電子の蓄積の形でしか表現できません。その理由は、粒子の可能な量子状態の多様性、基本定数の異なる値、および次元数の違いです。このような仮定が、私たちの世界は唯一ではないというコペルニクスの原理と矛盾しないことは注目に値します。なぜなら、少量ではあるが、私たちの世界とは異なる物理法則にもかかわらず、依然として複雑な構造の形成と知的生命体の出現を可能にする世界が存在する可能性があるからです。

理論の妥当性

多元宇宙仮説は SF 小説のようなもののように聞こえますが、欠点が 1 つあります。それは、科学者が科学的方法を使用してそれを証明したり反証したりすることが不可能であるということです。しかし、その背後には複雑な数学があり、多くの重要で有望な物理理論がそれに依存しています。多元宇宙を支持する議論を次のリストに示します。

それは、量子力学の多世界解釈の存在の基礎です。量子力学における不確実性の問題を解決する 2 つの高度な理論 (コペンハーゲン解釈と併せて) のうちの 1 つ。
宇宙の微調整が存在する理由を説明します。多元宇宙の場合、私たちの世界のパラメーターは、多くの可能なオプションのうちの 1 つにすぎません。
これは、偽の真空の問題を解決し、宇宙の特定の次元が折りたたまれる理由を説明できるため、いわゆる「ひも理論の風景」です。

によってサポートされています。これはその拡張機能を最もよく説明しています。宇宙形成の初期段階では、おそらく宇宙は 2 つ以上の宇宙に分割され、それぞれが互いに独立して進化した可能性があります。宇宙の現代の標準宇宙モデルであるラムダ CDM は、インフレーション理論に基づいています。

スウェーデンの宇宙学者マックス・テグマークは、さまざまな代替世界の分類を提案しました。

私たちの目に見える宇宙を超えた宇宙。
他の基本定数と次元数を持つ宇宙。M 理論によれば、たとえば、他の膜上に位置する可能性があります。
量子力学の多世界解釈に従って生じる並行宇宙。
最終的なアンサンブルは、すべての可能な宇宙です。

多元宇宙理論の将来の運命についてはまだ何も言うことはありませんが、今日この理論は宇宙論と理論物理学において名誉ある地位を占めており、スティーヴン・ホーキング博士、ブライアン・グリーン博士、マックス博士など、現代の数多くの優れた物理学者によって支持されています。テグマーク、ミチオ・カク、アラン・ガス、ニール・タイソンなど。

翻訳

多元宇宙についてどう思いますか? 夕食の席での即興講義としては、その質問はまったく予想外ではなかったが、私は不意を突かれた。これまでに多元宇宙について質問されたことがないわけではありませんが、理論的な構成を説明することと、多元宇宙についての私の気持ちを説明することは別のことです。私は多元宇宙に関する標準的な議論や大きな疑問をすべて発言することができ、事実や技術的な詳細をナビゲートすることはできますが、結果の中で迷ってしまいます。

物理学者は、何かについて自分がどう感じているかについて話すことに慣れていません。確かな知識、定量的な評価、実験を求めています。しかし、どんなに公平な分析であっても、進むべき道を決めた後に初めて始まります。初期の分野では、通常、可能性の選択肢があり、それぞれに独自のメリットがあり、多くの場合、私たちは直感的にそのうちの 1 つを選択します。この選択は、論理ではなく感情的な推論によって決定されます。スタンフォード大学の物理学者レナード・サスキンド氏が言うように、あなたがどのような立場に共感するかは、「単なる科学的事実や哲学的原則以上のものです。これは科学の好みの問題です。そして、好みに関するあらゆる論争と同様に、美的感情も関係しています。」

私自身、超弦理論を研究していますが、その特徴の 1 つは、私たちの宇宙とは異なる、論理的に一貫したバージョンの宇宙が多数存在する可能性があることです。私たちの宇宙を創造したプロセスは他の宇宙を創造することができ、起こり得るすべてのことが起こる無限の数の宇宙につながります。一連の推論は私にとって馴染みのある場所から始まり、この結論に至るページ上で方程式が踊る渦巻きを追うことができますが、私は多元宇宙を数学的構造として想像していますが、それが実現するとは信じられません。理論の領域を突然飛び出し、現実に現れます。自分のコピーが無限に並行世界を歩き回り、自分と似たり寄ったりの決断を下すことに、どうすれば問題がないふりをできるでしょうか?

両義的であるのは私だけではありません。多元宇宙に関する議論は白熱しており、現代の最も著名な科学者の間でも依然として論争の種となっています。多元的な議論は、理論の詳細を議論することだけを目的とするものではありません。それは、アイデンティティと結果、説明の構成要素、証拠の構成要素、科学をどのように定義するか、そしてそれがすべて意味があるかどうかをめぐる闘争です。

多元宇宙について話すとき、必ず生じる質問の 1 つに対する答えがあります。私たちが住んでいるのが宇宙であろうと多宇宙であろうと、これらの分類は想像を超えるスケールを指します。結果がどうであれ、私たちの周りの生活は変わりません。それで、違いは何ですか？

私たちがどこにいるかは私たちが誰であるかに影響を与えるため、違いがあります。場所が違えば反応も異なり、そこから様々な可能性が生まれます。 1 つのオブジェクトが背景によって異なって見えることがあります。私たちは、私たちが思っているよりも多くの方法で、私たちが住んでいる空間によって定義されています。宇宙は膨張の限界です。そこには、私たちが想像できるすべての行動の場、すべての状況が含まれています。それは可能性の総和、私たちがなり得るすべての総体を表しています。

測定は基準の枠内でのみ意味を持ちます。数値は、測定単位が割り当てられるまでは明らかに抽象的ですが、「遠すぎる」、「小さすぎる」、「奇妙すぎる」などの曖昧な定義でさえ、ある種の座標系を暗示しています。遠すぎるということは、基準点を意味します。小さすぎるとはスケールを指します。奇妙すぎると文脈が暗示されます。常に発表される測定単位とは異なり、仮定の基準枠が定義されることはほとんどありませんが、それでも物体、現象、経験などの物体に割り当てられる値は、これらの目に見えない軸に沿って調整されます。

もし私たちが知っていること、知り得ることのすべてが多宇宙のほんの 1 つのポケットにあることが判明したら、私たちが座標グリッドを置いた基盤全体が変化するでしょう。観察結果は変わりませんが、結論は変わります。他のバブル宇宙の存在は、私たちが行う測定に影響を与えないかもしれませんが、それをどのように解釈するかには影響するかもしれません。

多元宇宙について最初に驚かされるのは、その広大さです。それは人類がこれまで取り組んできたどんなものよりも偉大です - そのような高揚感がその名前自体に暗示されています。多元宇宙に対する感情的な反応が、個人的な控えめな表現の感覚から来たものであるならば、それは理解できるでしょう。しかし、多宇宙の規模は、その特性の中でおそらく最も議論の余地のないものです。

CERN 理論研究者の責任者であるジャン・ジュディス氏は、空を見ているだけで頭がすっきりする、と物理学者を代弁しています。私たちはすでに規模を想像しています。もし多元宇宙が存在するなら、「私と広大な宇宙の問題は変わらない」と彼は言います。多くの人は、この宇宙的な視点に安心感さえ感じます。宇宙と比較すると、私たちのあらゆる問題や人生のドラマはあまりにも小さくなり、「ここで起こっていることはまったく問題にならない」と物理学者で作家のローレンス・クラウスは言います。「それはとても心地よいことだと思います。」

望遠鏡で撮った素晴らしい写真から。ハッブルさん、オクタビオ・パスの「広大な夜」についての詩やモンティ・パイソンの「銀河の歌」が生まれる前には、私たちのリリパットスケールに関連したロマン主義がありました。私たちの歴史のある時点で、私たちは自分たちの無限の小ささを受け入れました。

私たちが多元宇宙の概念を受け入れることに消極的になるのは、私たちが視野の外に存在し、そこに存在する運命にある世界を含む多元宇宙の概念を受け入れることに消極的であるためでしょうか。もちろん、これは同僚からよく聞かれる苦情です。多元宇宙に強く反対する南アフリカの物理学者ジョージ・エリスと、同様に多元宇宙を強く支持する英国の宇宙学者バーナード・カーは、いくつかの魅力的な会話でこれらの問題について議論しました。カー氏は、両者の相違点は「科学のどの性質が神聖視されるべきか」に関係していると考えている。通常の指標は実験です。比較観察は許容可能な代替手段です。天文学者は銀河を制御することはできませんが、さまざまな形や状態の銀河を何百万も観察しています。どちらの方法も多元宇宙には適していません。では、それは科学分野の外にあるのでしょうか？

超弦理論の父の一人であるサスキンドは私たちに希望を与えてくれます。経験科学には 3 番目のアプローチがあります。それは、目に見えるものから目に見えない物体や現象について結論を導き出すことです。例として、素粒子を取り上げれば十分です。クォークは、陽子、中性子、その他の構成粒子と永遠に結合します。「いわば、それらはカーテンの後ろに隠されています」とサスキンドは言う。「しかし今では、孤立したクォークを一つも見たことがありませんが、クォーク理論の正当性を真剣に疑う人は誰もいません。これは現代物理学の基礎の一部です。」

宇宙が加速的に膨張するにつれて、現在視野の地平線にある銀河は、間もなく視野の彼方に消えてしまいます。船が崩壊して地平線の彼方に消えるとは私たちが信じないのと同じように、私たちはそれらが忘却の彼方に消えるとは信じていません。私たちが知っている銀河が私たちの視野を超えた遠い領域に存在する可能性があるなら、そこに他の銀河も存在するはずがない、と誰が言えるでしょうか? 私たちが見たことのないもの、そしてこれからも見ることのないものは何でしょうか？私たちが私たちの範囲を超えた領域の可能性を認識すると、その影響は指数関数的に増大します。英国の天文学者ロイヤル・マーティン・リースは、この推論を嫌悪療法に例えています。私たちの現在の地平線の彼方に銀河の存在を認めるとき、あなたは「とても遠く離れた小さな蜘蛛から始める」ことになりますが、気づかないうちに、あなたは無限の世界が住む多元宇宙の可能性に屈服することになります。あなたのもの - つまり、「タランチュラがあなたの上を這っているのが見つかるでしょう。」

物体を直接制御できないことが、物理理論の適合性を判断するための私の個人的な基準になったことはありません。多元宇宙に関して私が心配していることが 1 つあるとすれば、それはこれとは何の関係もないと確信しています。

多元宇宙は、私たちが大切にしているもう 1 つの概念、つまり独自性に挑戦します。これが問題を引き起こしている可能性がありますか? 宇宙学者アレクサンダー・ヴィレンキンが説明するように、観測領域が有限である限り、観測領域がどれほど大きくても問題はなく、有限数の量子状態をとることができます。そして、これらの状態の記述は、領域の内容を一意に決定します。この領域が無数にあれば、必ず同じ状態がどこかに再現されます。私たちの言葉も正確に再現されます。このプロセスは無限に続くため、コピーも無限に存在することになります。

「これらのコピーがあると憂鬱になります」とビレンキンは言います。 – 私たちの文明には多くの否定的な特徴がありますが、少なくとも芸術作品としてその独自性を宣言することはできます。そして今はそうも言えません。」彼の言いたいことは分かります。これは私も心配ですが、この特定の考えが私の不満の根本にあるのかどうかはわかりません。ヴィレンキンは、「現実がどうあるべきかを語れるほど私は傲慢ではない」と物憂げに言う。

この議論の主な謎は奇妙な皮肉にある。多元宇宙は私たちの物理的現実の概念をほぼ想像を絶する大きさに拡大しますが、私たちの知識と知識を得る能力の限界を引き出すため、閉所恐怖症の感覚を生み出します。理論家は、自己完結的な方程式によって記述される、自己意志のない世界を夢見ています。私たちの目標は、自己充足性の制約が強く、形式が 1 つだけである、論理的に完全な理論を見つけることです。そうすれば、この理論がどこから来たのか、なぜそうなったのかさえ知らない私たちにとって、その構造はランダムには見えません。バークレーの物理学者ラファエル・ブッソ氏が言うように、自然の基本定数はすべて「数学、π、および 2 から」得られます。

これがアインシュタインの一般相対性理論の魅力であり、世界中の物理学者がその並外れた不滅の美しさを絶賛する理由です。対称性を考慮すると方程式が明確に決まるため、この理論は避けられないように思えます。これはまさに私たちが物理学の他の分野で再現したかったものです。そして今のところ成功していません。

何十年もの間、科学者たちは、基本定数がその値とまったく同じでなければならない物理的理由を探してきましたが、まだ単一の理由は発見されていません。一般に、既存の理論を使用して既知のパラメーターのいくつかの考えられる値を計算すると、結果は測定値から途方もなくかけ離れたものになることがわかります。しかし、これらのパラメータをどのように説明すればよいでしょうか? ユニバースが 1 つしかない場合、それを制御するパラメータには特別な意味を持たせる必要があります。パラメータの選択を制御するプロセスがランダムであるか、何らかのロジックや意図的な目的があるかのいずれかです。

どちらの選択肢も魅力的には見えません。私たち科学者は、たとえそれが私たちにとって未知であっても、すべてには理由があって起こると信じているため、法則の探索に人生を費やしています。たとえ目に見えなくても、宇宙には何らかの秩序があると信じているので、私たちはパターンを探します。純粋な偶然はこの世界観には適合しません。

しかし、私は合理的な計画についても話したくありません。なぜなら、これは自然法則に先立つ何らかの力の存在を暗示しているからです。この権力は選択と判断をしなければならないが、例えば GTR のような明確でバランスの取れた厳密に制限された構造がなければ、これは恣意性を意味する。論理的に一貫した宇宙がいくつか存在し、その中から 1 つだけが選択されるという考えには、率直に言って不満な点があります。もしそうだとしたら、宇宙学者デニス・シアマが言うように、「そのようなリストを研究して、『いいえ、私たちにはそのような宇宙は存在しないし、そのような宇宙も存在しないでしょう』と言う人がいる」と考えなければなりません。これしかないよ。」

個人的には、このオプションは、起こり得る可能性についてのすべての影響を含めて、私を動揺させます。さまざまなシーンが頭に浮かびます。忘れられた映画に出てくる孤児院に捨てられた子供たちのうちの一人が養子にされるシーンです。夢に向かって必死に努力したが果たせなかった人々の顔。妊娠初期の流産。生まれそうになったのに生まれなかった、そんなものが私を苦しめる。 1 つの可能性を除いてすべてを除外する理論的制約がない限り、その選択は残酷で不公平に思えます。

これほど慎重に調整された作品の中で、不必要な苦しみをどのように説明できますか? これらの哲学的、倫理的、道徳的問題は物理学の領域外であるため、ほとんどの科学者はそれらについて議論することを避けています。しかし、ノーベル賞受賞者のスティーブン・ワインバーグ氏は彼らを代表して次のように語った。私の人生は驚くほど幸せでした。それでも、私は母が癌で苦しみながら亡くなり、アルツハイマー病が父の人格を破壊し、多くのいとこやいとこがホロコーストで殺されるのを目の当たりにしました。慈悲深い創造主の存在の兆候は非常によく隠されています。」

痛みに直面した場合、綿密に設計された世界に存在する冷酷な無知や意図的な残虐行為よりも、ランダム性を受け入れる方がはるかに簡単です。

多元宇宙は、こうした恐ろしい考えから私たちの気をそらし、説明のジレンマを克服する第三の選択肢を与えてくれると約束してくれました。

もちろん、これが物理学者が多元宇宙を発明した理由ではありません。彼女は別の理由で現れました。宇宙のインフレーション理論は、宇宙の大規模な滑らかさと曲率の欠如を説明すると考えられていました。「私たちは、なぜ宇宙が大きな球のように見えるのかについての簡単な説明を探していました」とスタンフォードの物理学者アンドレイ・リンデは言います。「このアイデアから何かが生まれるとは私たちも知りませんでした。」負担となったのは、私たちのビッグバンは唯一のものではなく、実際にはそのような爆発が無数に存在するはずであり、そのそれぞれが私たちとは関係のない時空を生み出すという理解でした。

その後、弦理論が登場しました。今日、これはあらゆるものの統一理論の最良の候補です。彼女は重力と量子力学の調和という不可能を達成するだけでなく、それをただ主張します。しかし、宇宙の信じられないほどの多様性を最小限の構成要素に還元するスキームの場合、超弦理論は屈辱的な問題に悩まされます。それは、基本定数の正確な値を決定する方法がわからないということです。現在の推定によると、潜在的な可能性が存在します。その数は計り知れないほど膨大であり、名前さえありません。超弦理論は物理法則が取り得るすべての形式を列挙しており、インフレーションはそれらを実現することを可能にします。新しい宇宙が誕生するたびに、想像上のトランプのデッキがシャッフルされます。配られた手によって、宇宙を支配する法則が決まります。

マルチバースは、方程式内の定数がランダム性や賢明な選択を伴うことなく、どのようにして固有の値を取得したかを説明します。考えられるすべての物理法則が実装されている宇宙が多数ある場合、私たちの宇宙はまさに風景のこの場所に位置しているため、測定値で正確にこれらの値が得られます。詳しい説明はありません。全て。これが答えです。

しかし、多元宇宙は私たちを古い二分法から解放してくれる一方で、私たちを不安な状態に置き去りにします。私たちが長い間格闘してきたこの疑問には、「物事はそういうふうになっている」という以上に深い答えはないかもしれません。おそらくこれが私たちにできる最善のことかもしれませんが、私たちはそのような答えには慣れていません。彼は、蓋を剥がして、物事がどのように機能するかを説明しません。さらに、彼は、唯一の解決策は存在しないので見つけることはできないと主張して、理論家の夢を打ち砕きます。

この答えが気に入らない人、答えとは言えないと考える人、単純に受け入れる人もいます。

ノーベル賞受賞者のデイビッド・グロス氏は、多元宇宙は「天使の香り」だと考えている。彼は、多元宇宙を受け入れることは、観察するものはすべて「歴史的偶然」に帰着する可能性があるため、何も理解できないことを受け入れるという諦めに似ていると言います。ノーベル賞受賞者のジェラルド・ト・フーフト氏は、「私たちの世界に適した解決策が見つかるまで、すべての解決策を試してみる」というシナリオは受け入れられないと不満を漏らしている。同氏は、「物理学者はこれまでこのような研究を行ったことはなかったが、将来的にはより良い証拠が得られると期待できる」と述べた。

プリンストンの宇宙学者ポール・スタインハートは、多元宇宙を「何でも理論」と呼んでいます。なぜなら、多元宇宙はすべてを許容し、何も説明しないからです。「科学理論は選択的でなければなりません」と彼は言います。 – その強みは、排除する可能性の数にあります。もしそれがすべての可能性を含むならば、それは何も排除せず、その力はゼロである。」スタインハートは、インフレが多元宇宙につながり、特定の予測を行うのではなく可能性の空間を生み出すことに気づくまで、インフレの初期の支持者でした。それ以来、彼はインフレに対して最も声高に批判する人物の一人となった。スタートークの最近のエピソードで、彼は多元宇宙の代替案の擁護者として自分自身を紹介しました。「なぜ多元宇宙があなたをそんなに悩ませたのですか？ -プレゼンターは冗談を言いました。「彼女は私のお気に入りのアイデアの1つを破壊しました」とスタインハートは答えた。

物理学者は真実、絶対概念、予測を扱わなければなりませんでした。物事はこうであるか、そうではないかのどちらかです。理論は柔軟で包括的であるべきではなく、制限的で厳格であり、選択肢を排除する必要があります。どのような状況においても、起こり得る、そして理想的には唯一かつ避けられない結果を予測できるようにしたいと考えています。多元宇宙は私たちにそのようなものを与えません。

多元宇宙に関する議論はしばしば騒々しい議論に発展し、懐疑論者は科学を裏切るという考えで支持者を非難します。しかし、この状況を選んだ人はいないということを認識することが重要です。誰もが、美しく深い原理から有機的に現れる宇宙を望んでいます。しかし、私たちが知っている限りでは、私たちの宇宙にはそのようなものは存在しません。彼女は彼女そのものだ。

私たちは多元宇宙の考えに反対すべきでしょうか? 彼女は傍観者でいるべきでしょうか？私の同僚の多くは、それをより好意的な観点から提示しようとしています。論理的に言えば、1 つのユニバースを扱うよりも、無限の数のユニバースを扱う方が簡単です。説明することが少なくなります。シアマ氏が述べたように、多元宇宙は「宇宙に課すランダムな制約の数を最小限に抑えたいという点で、オッカムの剃刀のようなものを満足させます」。ワインバーグ氏は、恣意的な仮定がなく、「観察に合わせて慎重に調整」されていない理論は、それ自体が美しいと述べています。この美しさは、熱力学の美しさと、巨視的なシステムの状態を説明するが、その個々の構成要素のそれぞれを説明する統計的な美しさに似ていることが判明するかもしれません。「美を探しているとき、それがどこで見つかるか、どんな種類の美が見つかるかはわかりません」とワイゼンバーグ氏は言います。

これらの複雑な知的問題について熟考するとき、何度も私の考えは、アントワーヌ・ド・サン＝テグジュペリの星の王子さまのシンプルで美しい知恵に戻りました。王子は、自分の愛するバラがすべての世界に唯一のものであると信じていて、自分自身を発見しましたバラ園で。この裏切りに混乱し、バラと自分自身の重要性を失ったことに悲しみ、彼は泣きます。最終的に、彼は自分のバラが自分のものであるため、「他の何百ものバラよりも重要である」ことに気づきます。

私たちの宇宙には、それが私たちのものであるという事実以外に特別なことは何もないかもしれません。それで十分ではないでしょうか？たとえ私たちの人生や私たちが知ることのできるすべてが、宇宙のスケールでは取るに足らないものであることが判明したとしても、それらは依然として私たちのものです。「今ここ」には何か特別なものがあり、何かが私のものであるという事実。

ここ数カ月間、私はジャン・ジュディスとの会話を頭の中で何度か繰り返した。膨大な数の可能性のある宇宙と、私たちが下した一見ランダムな選択について、彼がどれほど冷静であるかに、私は自信を感じました。おそらく多元宇宙は、私たちが間違った問題に取り組んでいることを私たちに伝えているだけなのかもしれない、と彼は言います。おそらく、惑星の軌道を示すケプラーのように、私たちはそこに存在するよりも深い意味を数字に見つけようとしているのかもしれません。

ケプラーは太陽系の存在しか知らなかったので、惑星の軌道の形や惑星間の距離に重要な情報が隠されていると信じていましたが、そうではないことが判明しました。これらの値は基本的なものではなく、環境に関する単なるデータでした。当時は残念に思えたかもしれませんが、GRの視点から見ると、もう喪失感はありません。重力については素晴らしい説明があります。ただ、この説明では、惑星の軌道に関連する値は基本的な定数ではありません。

おそらく、多元宇宙は同様のことを暗示しているのではないか、とジュディス氏は言います。もしかしたら、私たちはしがみついているものを手放す必要があるかもしれません。おそらく、私たちはもっと幅広く考え、再編成し、自然に尋ねる質問を変える必要があるかもしれません。彼によれば、多元宇宙は「非常に満足のいく、楽しく、目を見張るような可能性」を開く可能性があるという。

多元宇宙に関するすべての議論の中で、これが私のお気に入りです。どのようなシナリオでも、どのような物理システムでも、尋ねられる質問は無限にあります。私たちは問題を根本にまで解きほぐし、最も基本的な質問をしようとしますが、私たちの直観は以前のものに基づいて構築されており、私たちがやろうとしている新しい分野にはもはや関係のないパラダイムに基づいて構築している可能性があります。勉強。

マルチバースは閉じたドアというよりも鍵に似ています。私から見ると、世界は希望に満ち、可能性に満ち溢れています。バラでいっぱいのガゼボほど無駄なことはありません。

トピックに関する記事