宇宙誕生の標準的な話は次のようなものです:ほぼ 140 億年前、途方もない量のエネルギーがどこからともなく現れました。
急速な膨張の短い瞬間に、その爆発的なエネルギーが宇宙を風船のように膨らませました。拡張により、大規模な曲率がまっすぐになり、現在フラットと表現されているジオメトリにつながりました。物質も完全に混ざり合ったので、宇宙は大部分（完全ではありませんが）特徴がないように見えます.あちらこちらで、粒子の塊が銀河や星を作り出していますが、これらは傷のない宇宙のキャンバス上の小さな点にすぎません.
教科書ではインフレーションと呼ばれているこの理論は、これまでのすべての観察結果と一致しており、ほとんどの宇宙論者に好まれています。しかし、それには、一部の人が不快に感じる概念的な意味合いがあります。時空のほとんどの領域では、急速な膨張が止まることはありません。結果として、インフレーションは多元宇宙を生み出さずにはいられない — 無限の種類のポケット ユニバースを備えたテクニカラーの存在であり、そのうちの 1 つをホームと呼んでいる.批評家にとって、インフレはすべてを予測するものであり、最終的には何も予測しないことを意味します。 「インフレは意図したとおりに機能しません」と、インフレの最も著名な批評家の 1 人となったインフレのアーキテクトであるポール スタインハルトは述べています。
近年、スタインハルトと他の人々は、私たちの宇宙がどのように生まれたかについて別の話を展開しています.彼らは周期的な宇宙、つまり定期的に成長と収縮を繰り返す宇宙という考えを復活させました。彼らは、私たちが見ている宇宙を平らで滑らかに再現することを望んでいます.
そのために、スタインハルトと彼の共同研究者は最近、重力の計算モデルを専門とする研究者とチームを組みました。彼らは、崩壊する宇宙がそれ自身の構造をどのように変化させるかを分析し、最終的に、収縮がそれ自体のゲームでインフレを打ち負かすことができることを発見しました.宇宙が収縮する前にどれほど奇妙でねじれたように見えたとしても、崩壊は広範囲の原始的なしわを効率的に消去します.
スタンフォード大学の宇宙学者で、同様のアプローチでインフレを分析しているレオナルド・セナトーレは、「彼らが何をしたと主張しているかは非常に重要です。彼がまだ調査する機会がなかった仕事の側面があると彼は言いましたが、一見すると「彼らはそれをやったように見えます.」
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過去 1 年半にわたって、サイクリック、または「エクパイロティック」な宇宙の新鮮な見解が、スタインハルト、ドイツのマックス プランク重力物理学研究所の宇宙学者であるアンナ イジャスなどとの共同作業から生まれました。崩れないリニューアルを実現。
膨張と収縮を視覚化する場合、人々はしばしば、サイズの変化が「倍率」によって表される風船のような宇宙に注目します。しかし、第 2 の測定値であるハッブル半径は、私たちが見ることのできる最大の距離であり、すぐに小さくなります。一般相対性理論の方程式はそれらを独立して進化させ、重要なことに、いずれかを変更することで宇宙を平らにすることができます.
風船に乗っているアリを想像してください。インフレは風船を膨らませるようなものです。それは、主に膨潤宇宙に平滑化と平坦化の責任を負わせます。ただし、周期的な宇宙では、収縮期間中に平滑化が行われます。この時代の間、風船は適度に収縮しますが、実際の仕事は劇的に縮小する地平線によって行われます.それはまるでアリがますます強力な拡大鏡を通してすべてを見ているかのようです.見える距離が縮まり、その世界はますます特徴がなくなります。
スタインハルトとその会社は、遍在する (そして仮説上の) フィールドのエネルギーによって駆動され、おそらく 1 兆年にわたって膨張する宇宙を想像しています。このエネルギー場が最終的にまばらになると、宇宙は穏やかに収縮し始めます。何十億年にもわたって縮小している縮尺係数は、すべてを少し近づけますが、ある点までは引き下げません。劇的な変化は、ハッブル半径が突入し、最終的に微視的になります。宇宙の収縮はエネルギー場を充電し、宇宙を加熱し、その原子を気化させます。バウンスが続き、サイクルが新たに始まります。
跳ね返りモデルでは、微視的なハッブル半径が滑らかさと平坦さを保証します。そして、インフレが多くの初期の欠陥を吹き飛ばして多元宇宙の不動産の巨大なプロットを形成するのに対して、ゆっくりとした収縮はそれらを本質的に存在から締め出します.私たちには、始まりも終わりもなく、ビッグバンの特異点も多元宇宙もない宇宙が残されています。
あらゆる宇宙から私たちの宇宙へ
インフレーション宇宙論とバウンス宇宙論の両方の課題の 1 つは、どのように始めても、それぞれのエネルギー フィールドが適切な宇宙を作成することを示すことです。 「私たちの哲学は、哲学はあってはならないということです」とイジャスは言いました。 「どのような条件下で機能するかを尋ねる必要がない場合、機能することがわかります。」
彼女とスタインハルトは、インフレーションがその役割を果たしているのは特別な場合であると批判しています。たとえば、そのエネルギー場が顕著な特徴を持たず、動きがほとんどない場合などです。理論家はこれらの状況を最も徹底的に調査してきましたが、その理由の 1 つは、それらが黒板数学で扱いやすい唯一の例だからです。 Ijjas と Steinhardt が 6 月にオンラインで投稿した 2 組のプレプリントで説明している最近のコンピューター シミュレーションでは、チームは、ペンと紙の分析にはあまりにもワイルドすぎるさまざまな赤ちゃん宇宙を使用して、ゆっくりと収縮するモデルのストレス テストを行いました。
プリンストン大学の理論物理学者で一般相対性理論の計算モデルを専門とする Frans Pretorius によって開発されたコードを適応させたこの共同研究では、ねじれたゴツゴツしたフィールド、間違った方向に移動するフィールド、さらには半分が反対方向に競争して生まれたフィールドを調査しました。ほぼすべてのケースで、収縮は急速に私たちの宇宙と同じくらい退屈な宇宙を作り出しました.
「あなたはそれを手放し、そして—バム！宇宙のようなゆっくりとした収縮の瞬間には、絹のように滑らかに見えます」と Steinhardt 氏は述べています。
オックスフォード大学の宇宙学者で、一般相対性理論の数値解法も専門とするケイティ・クラフ氏は、新しいシミュレーションを「非常に包括的」と呼んだ。しかし、彼女はまた、計算の進歩によってこの種の分析が可能になったのはごく最近であるため、インフレが処理できる条件の全範囲は未知のままである.
「半分カバーされていますが、もっと多くの作業が必要です」と彼女は言いました.
Ijjas と Steinhardt のモデルへの関心はさまざまですが、ほとんどの宇宙論者は、依然としてインフレが克服すべきパラダイムであることに同意しています。ニューヨーク大学の宇宙学者であるグレゴリー・ガバダゼ氏は、「[ゆっくりとした収縮] は現時点で同等の候補ではありません。」と述べています。
コラボレーションは次に、バウンス自体を具体化します。これは、すべてを再びバラバラにするために斬新な相互作用を必要とする、より複雑な段階です。 Ijjas は、物質と時空の間の新しい相互作用で一般相対性理論をアップグレードする 1 つのバウンス理論を既に持っており、他のメカニズムも存在するのではないかと彼女は考えています。彼女は、モデルの動作を詳細に理解するために、すぐにモデルをコンピューターに配置する予定です。
このグループは、収縮段階と膨張段階を結び付けた後、天文学者が発見する可能性のある跳ねる宇宙のユニークな特徴を特定できることを期待しています.
このコラボレーションは、周期的な宇宙のすべての詳細を爆発やクランチなしで解決したわけではなく、ましてや私たちがその中で生きていることを示したわけではありません.しかし Steinhardt は現在、このモデルが多元宇宙に代わる実行可能な選択肢をすぐに提供するだろうと楽観的に感じています。 「私が最も心配していた障害は乗り越えられました」と彼は言いました。 「私はもう夜更かししていません。」
編集者注:この研究の一部は、この編集的に独立した雑誌にも資金を提供しているシモンズ財団によって部分的に資金提供されました。シモンズ財団の資金提供の決定は、私たちの報道には関係ありません。詳細はこちら こちら .
この記事はに転載されました Wired.com .
