私たちの宇宙は、果てしなく泡立つ多元宇宙の中のランダムな泡にすぎないという論争の的になっている考えは、自然界の最も無害に見える特徴である空の空間から論理的に生まれます。具体的には、多元宇宙仮説の種は、空の空間に注入された不可解な量のエネルギーです。真空エネルギー、暗黒エネルギー、または宇宙定数として知られるエネルギーです。空きスペースの各立方メートルには、電球を 11 兆分の 1 秒間点灯させるのに十分なエネルギーしか含まれていません。ノーベル賞受賞者のスティーブン・ワインバーグがかつて言ったように、「私たちの喉の骨」とは、真空はそれを通過するすべての物質と力場のために、少なくとも1兆兆倍のエネルギーを持つべきだということです.どういうわけか、真空に対するこれらすべてのフィールドの影響がほぼ均等になり、穏やかな静けさが生まれます。なぜ空きスペースはこんなに空っぽなのですか?
悪名高い「宇宙定数問題」に対する答えはわかりませんが、私たちの存在には真空の極度の真空が必要なようです。この重力的に反発するエネルギーが少しでも染み込んでいる宇宙では、銀河、惑星、または人々のような構造を形成するには、空間が急速に膨張します。この微調整された状況は、膨大な数の宇宙が存在し、すべてが異なる量の真空エネルギーを持っている可能性があることを示唆しています.
一部の科学者は、「人類学的推論」のトートロジーに苛立ち、多元宇宙が検証不可能であることを嫌います。多元宇宙のアイデアにオープンな人でさえ、探求すべき宇宙定数の問題に対する代替ソリューションを持ちたいと思っています.しかし、これまでのところ、マルチバースなしで解決することはほぼ不可能であることが証明されています.メリーランド大学の理論物理学者である Raman Sundrum は、次のように述べています。
その理由を理解するために、真空エネルギーが実際に何であるかを考えてみてください。アルバート アインシュタインの一般相対性理論によると、物質とエネルギーは時空にどのように曲がるかを伝え、時空の曲率は物質とエネルギーにどのように動くかを伝えます。方程式の自動的な特徴は、時空がそれ自身のエネルギーを持つことができるということです — アインシュタインが宇宙定数と呼んだ、他に何もないときに残る一定量です。何十年もの間、宇宙学者は、宇宙の膨張率が適度に安定していることを考えると、その値が正確にゼロであると想定しており、その理由を疑問に思っていました。しかしその後、1998 年に天文学者は、宇宙の膨張が実際には徐々に加速していることを発見しました。これは、空間に浸透する反発エネルギーの存在を示唆しています。天文学者によって暗黒エネルギーと呼ばれ、ほぼ確実にアインシュタインの宇宙定数に相当します。その存在は、宇宙が膨張するにつれて新しい空間が形成され、宇宙の反発エネルギーの総量が増加するため、宇宙をこれまで以上に急速に膨張させます.
しかし、この真空エネルギーの推定密度は、素粒子物理学の言語である場の量子論が空の空間について述べなければならないことと矛盾しています。波及する粒子励起がない場合、量子場は空です。しかし、量子物理学の不確定性原理により、量子場の状態は決して確実ではないため、そのエネルギーが正確にゼロになることはありません。量子場は、空間の各点にある小さなバネで構成されていると考えてください。スプリングは、最もリラックスした長さの不確実な範囲内にあるため、常に小刻みに揺れています。それらは常に少し圧縮または伸ばされすぎているため、常に動いており、エネルギーを持っています.これは場のゼロ点エネルギーと呼ばれます。力場には正のゼロ点エネルギーがあり、物質場には負のエネルギーがあり、これらのエネルギーは真空の総エネルギーに加算されたり減算されたりします。
総真空エネルギーは、これらの要因の最大値にほぼ等しいはずです。 (10,000 ドルの贈り物を受け取ったとします。100 ドルを使った後、またはソファで 3 ドルを見つけた後でも、まだ約 10,000 ドルあります。)しかし、観察された宇宙膨張率は、その値が 60 ～ 120 桁小さいことを示しています。あたかもすべての異なる正と負の項がどういうわけか相殺されたかのように、それへのゼロ点エネルギーの寄与のいくつかよりも。この均等化のための物理的メカニズムを考え出すことは、主に 2 つの理由から非常に困難です。
まず、真空エネルギーの唯一の効果は重力であるため、それを下げるには重力メカニズムが必要なようです。しかし、宇宙の最初の数瞬間、そのようなメカニズムが働いていた可能性があるとき、宇宙は物理的に非常に小さかったため、物質と放射線の量に比べて真空エネルギーの合計は無視できるほどでした。真空エネルギーの重力効果は、他のすべての重力によって完全に小さくなります。 「これは、宇宙定数の問題を解決する際の最大の困難の 1 つです」と、物理学者の Raphael Bousso は 2007 年に書いています。嵐の中、原子の精度で所定の飛行経路をたどる飛行機。」
さらに困難なことに、場の量子論の計算では、ビッグバン直後の冷却宇宙における相変化に応じて、真空エネルギーの値が変化したことが示されています。これは、真空エネルギーを均等化する仮説的なメカニズムが、これらのシフトが起こる前または後に始まったのかという問題を提起します.そして、メカニズムはどのようにしてそれらの効果がどれほど大きくなるかを知ることができ、それらを補うことができるでしょうか?
これまでのところ、これらの障害により、多元宇宙の宝くじに頼ることなく空の空間の小さな重さを説明しようとする試みが妨げられてきました。しかし、最近、一部の研究者は 1 つの可能性のある道を探っています。もし宇宙が存在するのではなく、以前の収縮段階に続いて跳ね返ったとしたら、遠い過去の収縮宇宙は巨大で、真空エネルギーによって支配されていたでしょう。おそらく、何らかの重力機構が豊富な真空エネルギーに作用し、時間の経過とともに自然に希釈された可能性があります.このアイデアは、物理学者のピーター・グラハム、デビッド・カプラン、サージート・ラジェンドランに新しい宇宙バウンスモデルを発見する動機を与えましたが、収縮する宇宙の真空希釈がどのように機能したかをまだ示していません.
Bousso 氏は電子メールで、彼らのアプローチを「非常に価値のある試み」であり、「重大な問題に対する情報に基づいた正直な闘い」と呼んだ。しかし、モデルには大きなギャップが残っており、「これらのギャップを埋めて機能させるための技術的な障害は重大です。構造はすでにルーブ・ゴールドバーグ機械であり、これらのギャップが埋められるまでには、せいぜいさらに複雑になるでしょう。」彼と他の多元宇宙支持者は、自分たちの答えを比較すると単純だと考えています。
