現代宇宙論の大きな謎の 1 つは、私たちの宇宙がいかに熱的に均一であるかということです。広大な宇宙は、ビッグバンの余熱で満たされています。時間の経過とともに、絶対零度より数度上まで冷却されましたが、宇宙マイクロ波背景放射として知られるマイクロ波放射のかすかな輝きの中にまだ見られます。どの方向から見ても、この宇宙背景の温度は基本的に同じで、ほんのわずかしか変化しません。しかし、宇宙論の標準的な「冷たい暗黒物質」モデルによれば、初期宇宙の高温領域と低温領域が均一になるのに十分な時間はありませんでした。今日でも、宇宙背景の一部は他の部分よりもはるかに暖かいと予想されますが、それは私たちが観察したものではありません.
この宇宙論的問題に対する 1 つの解決策は、早期インフレーションとして知られています。観測可能な宇宙が初期の瞬間に非常に小さかった場合、非常に迅速に均一な温度に達した可能性があります。その後、宇宙は急速な膨張の短い期間を経て、最終的に今日観測されている宇宙につながったと理論は述べています。初期の宇宙インフレーションの直接的な証拠はありませんが、宇宙論のいくつかの問題を解決するため、広く支持されている考えです.
最近、天文学者のチームが、これまでで最も正確な宇宙背景の測定値を収集したプランク衛星からのデータを調べました。彼らは、低多極子モーメントとして知られる空の広大な領域にわたる変動を、標準的な宇宙論モデルとやや奇妙なモデルであるホログラフィック モデルの予測と比較したいと考えていました。遠くの星から自分の手まで、身の回りのすべてがホログラムだったら？プラトンの洞窟のように、立体物と 3 次元空間からなる私たちの世界は、2 次元の現実の影にすぎません。人間のスケールでは、ホログラフィック ユニバースは私たちが期待する現実と見分けがつきませんが、宇宙のスケールでは、検出できる微妙な違いがある可能性があります。
宇宙論のホログラフィックな見方では、初期のインフレーションは量子場の相互作用によって駆動され、宇宙のマイクロ波背景放射の外観をわずかに変化させます。これは特に低い多極子モーメントに当てはまり、この違いにより、少なくとも原理的には、ホログラフィック原理が正しいことを証明することが可能になります。先月 Physical Review Letters に掲載された彼らの論文では、 チームは、標準モデルよりわずかに優れたプランク衛星データに適合するホログラフィック モデルを報告しています。この結果は、宇宙がホログラフィックであることを証明するものではありませんが、ホログラフィック モデルと一致しています。
私たちの宇宙がホログラフィックであるかもしれないという考えは、ひも理論から来ています。ひも理論は実験的に証明されたわけではありませんが、その数学的構造には理論モデルとして魅力的な優雅さと力があります。ひも理論のホログラフィック原理はまさにその一例です。最も広い形で言えば、ホログラフィックの原理は、空間の特定の体積について知ることができることは、その体積を囲む表面を見ることによって学ぶことができると述べています。ホログラムがガラスまたはプラスチックのシート内に 3 次元イメージを含むことができるように、宇宙は表面内にその膨大な量を含むことができます.
たとえば、スタート ラインとゴール ラインで「囲まれた」長さ 10 マイルの道路を想像してみてください。この道路の制限速度が時速 60 マイルで、車がスピード違反をしているかどうかを知りたいとします。これを行う 1 つの方法は、車が道路の全長を移動するのを観察し、その速度を常に測定することです。しかし、もう 1 つの方法は、車がスタート ラインとゴール ラインを通過するタイミングを単純に測定することです。時速 60 マイルの速度では、車は 1 分間に 1 マイル移動するため、開始から終了までの時間が 10 分未満の場合、その車は速度を上げていたことがわかります。
ホログラフィックの原理が正しいとすれば、宇宙は 2 つの異なる方法で見ることができます。1 つは私たちが直感的に経験する空間と体積、もう 1 つは次元が 1 つ少ない「表面」です。このホログラフィックな二重性は数学的に強力です。なぜなら、物理法則の中には、一方のビューの方が他方のビューよりもはるかに扱いやすいものがあるからです。
私たちの宇宙の構造は、星と銀河の間の絶え間ない引力によって動かされています。現代において、重力は他の力に比べて弱く、一般相対性理論では重力場として記述されています。デュアル ホログラフィック ビューでは、重力は質量と強く相互作用できる量子場として説明されます。弱い相互作用は強い相互作用よりも計算しやすいため、一般相対性理論の方が有用です。しかし、宇宙が熱く高密度だった宇宙時間の初期の瞬間には、相対性理論の重力場が強かったため、ホログラフィック ビューの量子場の方が対処しやすい可能性があります。
標準モデルとホログラフィック モデルの両方が初期のインフレーションを説明できるという事実は、ホログラフィック原理が私たちの宇宙に適用されるという考えを裏付けています。宇宙のインフレーションは謎のままですが、宇宙をホログラムとして見ることで解決できるかもしれません。
Brian Koberlein は、ロチェスター工科大学の天体物理学者で物理学の教授です。ブログ One Universe at a Time で天文学と天体物理学について書いています。 Twitter @BrianKoberlein で彼を見つけてください。
見る: MIT の物理学者である Max Tegmark は、一握りの数字がどのように宇宙の誕生を説明できるかを説明しています。
画像クレジット:LLacertae / Flickr
