私たちの宇宙が最初の 1 秒間の成長のスパート中に隣接する宇宙に激突した場合、衝突は痕跡を残していたでしょう。
そして、マシュー・クレバンは、これまでに撮影された宇宙の夜明けの最も詳細なスナップショットにそれを見ていると考えています. 3 月に天文学者によって公開された衛星画像は、以前の画像が示唆したことを確認しました:若い宇宙の半分は、他のものよりもわずかに粗いです。
宇宙の初期の瞬間に何が起こったのかについて他にほとんど手がかりがないため、クレバンは、新しい手がかりの粒子の粗い影から宇宙の起源の物語をつなぎ合わせようとしている数十人の理論宇宙学者の 1 人です。
ニューヨーク大学の物理学准教授であるクレバン氏は、「それらが互いに衝突すると、私たちの宇宙に伝播する衝撃波のようなものがあります.そのような衝撃波 — もしそれが画像が示しているものであれば — 多元宇宙仮説を支持する証拠となるでしょう.多元宇宙仮説は、私たちの宇宙がより大きな真空の中で泡立って存在する無限の宇宙の1つであるというよく知られているが証明されていない考えです.
ほとんどの宇宙論者は、自分たちが間違った道をたどっている可能性があることをすぐに認めます.
ジョンズ・ホプキンス大学の物理学と天文学の教授であるマーク・カミオンコフスキーは、宇宙の2つの半分の間の非対称性を説明するためにいくつかの新しいビッグバンモデルを提案した. 「私たちの宇宙がどこから来たのかについてもっと知りたいと思っていますが、自然は私たちに多くのヒントを残していません.」
非対称性は「統計的なまぐれかもしれません」、または「実際には氷山の一角かもしれません」とカミオンコフスキーは言いました。
時間と巧妙なテストだけがそれを教えてくれます.
私たちの宇宙の非対称性は、宇宙のマイクロ波背景放射に表れています — ビッグバンから 380,000 年後、宇宙が透明になった瞬間からの静的な残光です。それまで宇宙を覆っていた荷電粒子の霧が十分に冷却されて中性原子に凝固し、光が自由に宇宙を自由に移動できるようになりました。過去 3 年間、欧州宇宙機関のプランク衛星は、あらゆる方向から来るこの光の 50 メガピクセルの画像をキャプチャしました。各光子には、130 億年以上前に発生した温度の記録が刻印されています。
宇宙マイクロ波背景放射は、380,000 年前の宇宙全体の温度がほぼ均一であり、平均から 100,000 分の 1 だけずれていたことを示しています。そのわずかに「ホット」スポットと「コールド」スポット - 未来の銀河とボイドの種 - は、知られている宇宙の最初の瞬間内の指数関数的成長のフラッシュ中に増幅された量子ゆらぎ、またはエネルギーのランダムな波紋に起因すると考えられています。
宇宙論者は、インフレーションのステップをその原因までさかのぼりたいと考えています.
生まれたばかりの宇宙に存在した非常に高温で小さなスケールで物理学がどのように機能するかについての理論が欠けているため、彼らは現在、イベントの単純な「おもちゃモデル」しか持っていません:空間全体に浸透するインフレーション場は、約10秒で不安定な状態に遷移しました.ビッグバンの後、約 10 秒後にインフレーション フィールドが再安定化する前に、スペースの体積が 10 倍に膨れ上がりました。このモデルによれば、宇宙は均一に伸び、宇宙のマイクロ波背景放射に均一にランダムな斑点状の高温と低温のパターンが生成されたはずです。しかし、それはデータが示唆するものではありません.
「一方のホット スポットとコールド スポットは、反対側よりも高温で低温です」と Kamionkowski 氏は説明します。
ウィルキンソン マイクロ波異方性プローブ (WMAP) は、2007 年に宇宙マイクロ波背景放射の一方の半分の温度変動がもう一方の半分よりも極端であるという証拠を最初に検出しましたが、それは測定誤差であった可能性があります。プランク マップは、非対称性のケースを強化し、温度変動をより詳細に解決し、物理学者がいくつかの説明を除外し、他の説明を考え出すことを可能にしました.
米国の地形の違いと同様に、宇宙全体の温度変動の非対称性は、大規模なスケールで最も顕著です。コロラド州の 1 平方フィートの土地は、インディアナ州の 1 平方フィートほどでこぼこではありませんが、ズームアウトすると、コロラド州の山や谷は明らかに高く、深くなります。 「空の一部をインディアナ、別の部分をコロラドと考えることができます」と、Kamionkowski のグループのポスドク研究員である Donghui Jeong は述べています。 「このバリエーションは本当に奇妙です。何が原因なのか想像するのは難しいです。」
一部の宇宙論者は、これを統計的なまぐれだと考えています。宇宙誕生時の量子ゆらぎが観測された非対称性をランダムに生成した可能性は 0.1 ～ 1% で、コインを繰り返し投げて 8 回連続で表が出る確率とほぼ同じです。
カリフォルニア工科大学の宇宙学者であるショーン・キャロル氏は、「オッズが同額だったとしたら、それはまぐれだったと思います」と述べています。 「しかし重要なのは、オッズは偶数のお金ではないということです。それが初期の宇宙について何かを教えてくれるとしたら、それは非常に重要なことかもしれません。」
宇宙論者は、ビッグバン中およびビッグバン直後の出来事が宇宙にこの非対称性をどのように切り刻んだかを説明するために、すでにいくつかの競合する理論を進めています.
インフレーション場が適切に配置されたおもちゃのモデルが、何が宇宙を急上昇させたかを完全に説明できると信じている人はほとんどいません。代わりに、フィールドは、複数のインフレーション フィールドを含む可能性が高い弦理論と呼ばれる仮説的な「すべての理論」によって仮定される、空間の余分な、丸まった次元の 1 つである可能性があります。 5 月に物理プレプリント サイト arXiv.org に投稿された論文で、英国のランカスター大学の宇宙学者であるジョン マクドナルドは、2 フィールド モデルが宇宙マイクロ波背景放射の非対称性を引き起こした可能性があることを示しました。インフレーションが終了し、暗黒物質が形成された後、curvaton と呼ばれる場が崩壊しました。
あるいは、ジャーナル Physical Review D に掲載される予定の記事で説明されているように、Kamionkowski と同僚は、非対称性が宇宙全体の特定の宇宙パラメータの変動に起因する可能性があると計算しています。最も有望なモデルは、宇宙の一方の側から他方の側へパラメーターに 6% のドリフトがあるというもので、「すべての観測をかなり快適に説明しています」と Kamionkowski 氏は述べています。このパラメータは、時空構造の別々の欠陥で異なる値に固定される可能性があり、いくつかの理論によれば、それがインフレの触媒になる可能性があります.
または、クレバンと彼の共同研究者が、2 月に Physical Review D に掲載された論文と、プランク データを組み込んだ次の論文で主張しているように、非対称性は、2 つの宇宙間またはこの宇宙内の 2 点間の激しい衝突の余波である可能性があります。多元宇宙のシナリオでは、泡が頻繁に接近して衝突します。気泡は、空間の丸まった次元の周りに膨張しながら、それ自体にぶつかることもできます (円柱の表面に成長する円を想像してください)。衝突がインフレを引き起こした可能性があります。
そのような衝突による衝撃波が宇宙のマイクロ波背景放射を切り裂くのが見られた場合、それは多元宇宙の決定的な証拠になるだろう、と Kleban は述べた。しかし、衝撃波の前縁は、夜に通過した船のように、宇宙のこの観測可能なパッチの地平線を越えて移動し、その後に穏やかな乱気流をたどった可能性が高い.プランク マップは、そのようなトレイルの引き伸ばされた残骸を描写している可能性があります。
これらの残骸は、「私たちが見ることができる最大のスケールに影響を与えるでしょう」とクレバンは言いました.宇宙が膨張するにつれて規模が拡大し、コロラド州とインディアナ州の地形の違いと同様の効果が生じたはずです.
新しいインフレーション モデルのそれぞれが、太古の光が偏光すべき方向について独自の予測を行うため、プランク チームによって来年リリースされる予定の宇宙マイクロ波背景放射の新しい「偏光マップ」は、どの提案を特定するのに役立つはずです。もしあれば、約束を保持します.
今のところ、理論家は手持ちのデータに基づいてビッグバン理論を調整する必要があります。 「私たちはまだ技術を持っていないので、証明できないことが常にあります」とクレバンは言いました。 「ショットを撮ってベストを尽くすだけです。」
