ドクター ストレンジの最新の冒険では、宇宙だけでなくあらゆるものを救おうとしながら、彼自身と敵の別のバージョンに出会い、多元宇宙を飛び回っています。 宇宙。人気のあるメディアと私たちの想像力では、ドクター ストレンジだけではありません。私たちは多元宇宙の概念に囲まれており、私たちの現実が唯一のものではないという興味をそそる可能性を提示しています.
マルチバースは、作家のノートからではなく、物理学者の黒板から生まれた創造物です。もちろん、科学で見られる多元宇宙は、映画で見られるものとは少し異なります。次元間の悪魔との戦いははるかに少なく、数学はより多くあります.しかし、私たちのメディアのマルチバースは、もっともらしい科学的仮説のおかげで存在しています。テスト可能で、テスト済みのもの。
多元宇宙のアイデアは古代にまでさかのぼり、宇宙全体に散在する私たち自身のような他の世界の可能性についての未解決の問題 (または「宇宙」のさまざまな概念) から始まります。しかし、現代の物理学では、この概念が生じる明確な場所はわずかしかありません。
マルチバースを定義するには、まず宇宙を定義する必要があります。厳密に言えば、宇宙は私たちが観測できるすべての限界です。私たちの宇宙は非常に古く、光は非常に速くしか移動できないため、地球上の視点から見ると、半径約450億光年の泡に囲まれています。現在。
その外側には…もっと多くのものがあります。より多くの星と銀河。それらの領域は因果的に私たちから切り離されており、空間自体の膨張によって永遠に引き離されています.これは、その膨張を加速する暗黒エネルギーの存在によって悪化します。私たちはこれらの領域を見ることもアクセスすることもできません。したがって、それらは多元宇宙の最も退屈であると同時に最も議論の余地のないバージョンを表しています。つまり、「私たちの」宇宙の拡張であり、同じものがより多く含まれていますが、配置が異なります。これはビッグバンモデルの一般的な予測であり、宇宙の膨張の単純な副産物ですが、文字通り観察結果ではないため、誰もそれについて議論したり、気にしたりしません.言い換えれば、この種の「多元宇宙」には特別なことは何もありません。
多元宇宙の 2 番目の、よりエキサイティングな可能性があるバージョンは、量子力学と「多世界」の解釈に由来します。この解釈では、素粒子の世界で何かランダムなことが起こるたびに（これはたくさんあります）、宇宙は分岐し、それぞれがランダムな可能性の1つの実現を含んでいます.私たちの宇宙では粒子は左に進み、別の宇宙では右に進みます。しかし、この多元宇宙は、量子力学における測定の意味を正確に理解することにかかっており、これは非常に厄介な議論です。その上、物理学者は、このアイデアをテストすることが可能かどうか、またはアイデアに物理的な意味があるかどうかさえ確信が持てないため、ほとんどの物理学者はこの議論を完全に避けるために最善を尽くしています.
そして、インフレーションから生まれたマルチバース理論があります。これは、初期宇宙の実行可能な理論につながり、潜在的な実験的検証への道を提供するため、それらすべての中で最も興味深いものです.これは、私たちの映画の夢と私たちの心の秘密の願いを実現するかもしれない多元宇宙です.これは、私たちが証拠を見つけるかもしれない多元宇宙です。これはまさに現実かもしれない多元宇宙です。
分岐の多い宇宙
インフレーション理論の起源は、1981 年の論文でこの概念の最も初期のバージョンを開発した理論物理学者のアラン・グースにまでさかのぼります。若い宇宙の複雑な謎 (つまり、高エネルギー物理学からの一般的な予測では、磁気単極子のような風変わりなアーティファクトに満ちた宇宙の存在が要求されたが、何も存在しないように見えた) を解決しようとして、彼は幼児宇宙を提案した。インフレーションとして知られる非常に急速な膨張の短い期間を経験し、それによってそれらすべてのモノポールを私たちの観測可能な限界を超えて投げ出し、それらを宇宙の敷物の下に一掃しました.
インフレはまた、バニラのビッグバンモデルを取り巻く他の謎を説明するために偶然にも起こりました。例えば、宇宙がそのような比較的短い生涯でその体積全体で非常に均一になった方法などです.インフレーションが答えを出しました:宇宙を本当に動かすと、本当に ビッグ、均質性しか残っていません。
しかし、理論の背後にある本当の特別なソース、そして今日のほとんどの宇宙学者がインフレーションのような何かが起こったと信じている理由は、宇宙のウェブを構成するクラスター、フィラメント、ボイドなどの大きな構造の起源について私たちが持っている最高の話だからです。 .インフレーション理論では、私たちの宇宙が急速に膨張したとき、亜原子の量子泡が巨視的なスケールに膨張し、何億年もかけて、より大きな星や銀河などに成長する微妙な重力の種を植えました.
物理学者は、何がインフレーションに動力を与えたのか、それがどれくらい続いたのか、なぜそれが止まったのかを知りませんが、インフレーション理論が大きな構造の統計的特性に対して行う予測は、私たちが宇宙で観察するものと驚くほど正確に一致しており、その考えは保持されています.
最後の質問は、なぜインフレが止まったのか? — 少しはみ出すはずです。初期のビッグバンのエキゾチックな瞬間に、何らかの巨大なプロセスが発火したことは容易に想像できます。それが夜に静かに過ぎ去り、宇宙の舞台を離れ、二度と見られないことを想像するのは少し難しい.
したがって、おそらくインフレが止まることはありません。インフレはまだ起こっているのかもしれませんが、ここではそうではありません。実際、一部の物理学者は、これは量子力学に固有のランダム性の自然な結果であると主張しています。必要なのはわずかな量子振動だけであり、すべてのインフレーションが宇宙全体で同時に停止するわけではありません。おそらく、私たちの宇宙は、より穏やかな成長段階へと枝分かれして安定化した、より壮大な地層のほんの一部に過ぎないのかもしれません。一方、私たちのバブルのはるか外側では、インフレが続いており、より多くのセクションが分裂して安定し、時間と空間の両方で私たちから別の宇宙につながっています.
この「永遠のインフレーション」という考えは、私たちの宇宙の外にあるものをただ増やすという退屈な概念を取り入れ、それをオーバードライブに追い込みます。たまたま特定の観測限界よりも大きい宇宙が 1 つあるだけではなく、広大な泡の海があり、それぞれの宇宙は次の宇宙と同じくらい巨大であり、宇宙の終わりのない膨張によってそれぞれが分離されています。確かに、これらすべての分岐は単一の因果的起源 (元のビッグバン) を共有していますが、その後止まることはなく、個々の宇宙の数はすぐに無限に達します.
もっとあります。このインフレーションで生まれた多元宇宙の元のバージョンでは、私たち自身のはるか外側に位置するバブルの宇宙は、同じ物理学のセットを共有しています。自然の力 そこ ここにある力と同じです。たとえば、光の速さは多元宇宙のあらゆる場所に適用されます。
しかし、ひも理論をミックスに加えると、事態は本当におかしくなります。ひも理論は、1960 年代に強力な核力を説明する試みとして始まりましたが、あらゆるものの候補となる理論へと成長しました。何十年もの間、物理学者はこの概念に取り組み、その数学的パズルをつなぎ合わせてすべてを説明したいと考えていました。文字通り：すべて。自然の力、粒子の数とその質量、物理定数の値、さらには次元の数。
ひも理論は、私たちの宇宙には追加の次元が含まれていることを提案しており、それらはすべて小さなスケールで丸まっているため、通常はそれらを見ることはありません。これらの次元が丸まる正確な方法によって、私たちが観察する物理学が決まりますが、丸くなるには約 10 の異なる方法があり、ひも理論ではどの方法が特定の宇宙に対応するべきかを判断できません。
この弦理論の「ランドスケープ」を永遠のインフレーションと組み合わせると、丸まった次元のすべての可能な構成を実現する機会が得られます。インフレーションのメカニズムにより、あらゆる種類の異なる物理学を持つ宇宙が宇宙に存在します。私たちの宇宙は、私たちのならば、物理定数が異なり、自然の力さえも完全に異なっていた可能性があります。 インフレーションは、ひも理論における丸まった次元の異なる構成を生成しました。インフレが終わらない場合、バブルの世界が異なれば、物理学、法則、定数、さらには現実も異なる可能性があります。
これ 究極の多元宇宙であり、物理学と宇宙論のいくつかの深い問題を解決できる可能性があります.
例えば、20世紀の幕開けとともに、物理学者たちは宇宙の加速膨張である暗黒エネルギーの説明を求めた。暗黒エネルギーの最も奇妙な点の 1 つは、それが信じられないほど弱いことです。わずかな加速しか生じませんが、完全にゼロというわけではありません。信じられないほど微調整されているようです。値が少しでも違っていたら、人生はありえません。
ストリングに動機付けられたマルチバースは、この苦境を乗り切る 1 つの方法を提供します。暗黒エネルギーの可能な限りの強さを実現するさまざまな宇宙で、私たちは他のどの宇宙にも存在することができなかったので、たまたまこの宇宙にいることに気づきました.
偶然の出会い
それらを非常に興味深いものにしているのは、これらすべての多元宇宙の概念の観察結果です。そうでなければ、それらは退屈な在職中の物理学者の空想に過ぎないでしょう.
インフレ主導の多元宇宙のアイデアをテストするには、いくつかの限られた方法があります。たとえば、近くの宇宙が私たちの宇宙の形成直後にピンチオフした場合、それは急いで逃げる前に私たちの宇宙と短時間衝突する可能性があります.現在の宇宙でそれが起こる可能性は非常に小さいです。なぜなら、インフレーションが非常に急速に（実際には超光速的に）膨張を引き起こし、ビッグバンからほぼ 140 億年が経過しているため、他の宇宙は私たちから遠く離れているからです。 .
しかし、隣の宇宙が十分早く、十分に速く形成されていれば、それがまだ幼児だったときに私たちの宇宙にぶつかった可能性があります.その短い交差は、宇宙のマイクロ波背景放射に検出可能な痕跡を残します。これは、私たちの宇宙が 380,000 歳のときにプラズマから中立状態に遷移したときに形成された残光の光パターンです。この光のパターンは、私たちが直接観察できる最も遠いものであり、この種の出会いを観察できる最高のチャンスです。
これは、検証可能な、正真正銘の科学的予測です。悲しいかな、そのようなシグナルの検索は一貫して空っぽになっています。しかし、その信号の欠如は多元宇宙全体を除外するものではなく、1 つの宇宙が私たちの宇宙と交差するシナリオの限られたケースにすぎません。
直接的な実験オプションがないため、間接的な方法を取る必要があります。インフレーションの理論とモデルを突き詰めて、多元宇宙がすべての一般的で自動的な派生物であるかどうかを判断しようとすることができます インフレモデル、最も物理的に実行可能および/または最も単純なもの、ほんの一握り、またはまったくない.残念ながら、インフレーション理論は超高エネルギー物理学の理解に基づいており、これらのスケールでは比較的無知なままです。 インフレーション理論では、マルチバース理論が得られます.
インフレ自体をテストすることもできます。観測によってどのインフレ モデルまたはシナリオが正しいかがわかれば、それが具体的かどうかを尋ねることができます。 ケース—私たちの宇宙に適用されるケース—はマルチバースを生成します。インフレーションは時期尚早に発生したため、直接観測することはできませんが、特に宇宙マイクロ波背景放射を介して、その影響を観測することができます。天文学者が 1990 年代に NASA Cosmic Background Explorer 衛星を使用して最初にその光の小さな変動を測定したとき、インフレーション理論はその統計的特性の正しい予測を行う唯一のものでした。残念ながら、これらの同じ観察結果と多くのフォローアップ ミッションでは、多くのさまざまなインフレ モデルのどれが最適かはわかりませんでした。 /P>
それでも、今後の観測によってブレークスルーがもたらされる可能性があります。インフレは、重力波として知られる時空に波紋を残したはずです。コンパクトな天体が LIGO (レーザー干渉計重力波天文台) と合体することによる重力波は既に観測されていますが、これらの機器では、インフレーション中に生成される低周波の波を検出することはできません。そのため、LISA (レーザー干渉計宇宙アンテナ) などの宇宙で生まれた機器を使用して直接、または宇宙のマイクロ波背景の微妙な痕跡を介して間接的に波を見つける計画が進行中です。これらの努力が実を結び、インフレの確認 (または拒否) につながるかどうかは、時が経てばわかります。
しかし、できたとしても それを行う—インフレーション理論が初期宇宙で発生したプロセスの唯一の実行可能な説明であることを実証するおよび 多元宇宙がそのモデルの有機的な拡張であることを数学的に示していますが、それでも多元宇宙の存在の証拠にはなりません.
確かに、簡単にアクセスできる 1 つのドメイン (たとえば、太陽系の一般相対性理論) で理論をテストし、それを拡張して、数学的な一貫性と普遍性に基づいて、アクセスできない他のドメインで何が起こるかを推測することができます。物理学 (たとえば、ブラック ホールの内部で何が起こるか) を理解していませんが、それだけでは限界があります。実際、この例では、一般相対性理論はブラック ホールの特異点で崩壊することがわかっているため、ブラック ホールの内部にアクセスすることはできませんが (事象の地平線の下に潜らなければ)、理論には限界があります。
残念ながら、多元宇宙が存在するかどうかはわかりません。存在しないかもしれません
多くの持続
21 世紀の初めに多元宇宙のトピックへの関心が最初に急増したにもかかわらず、多元宇宙に関する理論的研究と観測研究の両方が過去 10 年間で行き詰まりました。そのうちのいくつかは、獣の性質によるものです。初期の宇宙を調査するために必要な大規模な観測所を計画、展開、および実行するには時間がかかります。しかし、多元宇宙の概念があまり明確になっていないという事実が原因で、関心が薄れているものもあります。
多元宇宙の背後にある最良の議論は、なぜ私たちの宇宙が基本的な特性を持っているのかを説明するための潜在的な方法を提供するということです.力と質量と定数の他の構成は私たちの宇宙を居心地の悪いものにし、私たちはここにいないでしょう.これは人間論的議論として知られており、支持者はこれが現実を理解するための実行可能な道であると言っています.
しかし、批評家はいくつかの欠点を指摘しています。私たちは、科学的議論をそのような論理的な行き詰まりに本当に依存したいのでしょうか?多元宇宙のすべての実現は、実際に異なる物理学を生成することができますか?私たちの特定の構成はまれですか、それとも一般的ですか?そして、理論がすべての意味を失うほど多くの仮定で議論を圧迫することなく、無限の個々の宇宙のスパンでそれを実際にどのように測定しますか?
多元宇宙が独自の一連の物理法則を持つさまざまなバブルを生成するために必要なストリング理論には、独自の問題があります。文字列理論家はまだ解決策を見つけていません—すべて 解決。余剰次元がどのように丸まっていくかによって、私たちが経験する物理現象が決まることはわかっていますが、どのようにはわかりません。 それが機能します。ひも理論家に余剰次元の特定の構成を与えた場合、彼らはそれが生み出す物理を教えてくれません。さらに、ひも理論の多くのバージョンは超対称性の概念に基づいていますが、大型ハドロン衝突型加速器がその証拠を見つけることができなかったため、今では大ざっぱに見えます.
多元宇宙は死んだわけではありませんが、最初は有望に見えても観察結果や理論的インスピレーションさえももたらさない科学のすべてのアイデアと同様に、それは死につつあります。物理学者はもはや多元宇宙にあまり注意を払っておらず、その存在に関する議論は、数十年前に最初に提案されて以来、あまり進歩していません.多元宇宙に関する議論のほとんどは、未知の物理学の領域にありました。
それでも、マルチバースの概念は存続します。無限の宇宙でできるすべて 起こる 起こる。 ある あなたが好きな人に尋ねたり、その仕事のオファーを受け取ったり、両親が亡くなる前に別れを告げたりした宇宙。そして、それは架空の土地や「パラレル」（それが何を意味するか）の現実ではありません。これらの他のピンチオフ バブル ユニバースはすべて、多元宇宙の広大なボリュームを占めています。彼らは私たちと同じ時空の領域に存在します。
彼らは信じられないほど遠くにいますが、それでも有限の距離です。空の任意の方向に指を向けることができ、その線を十分に長くたどると、あなたのバージョンがまったく同じことをして、あなたに戻ってくる宇宙に遭遇するでしょう.宇宙は無限にあり、あなたの人生と他のすべての人の人生のすべての分岐可能性、星と銀河と水素分子のすべての潜在的な相互作用、そしておそらく自然の力と物理定数のすべての異なる組み合わせが現実です.
もちろん マルチバースが現実だったら最高だな。誘惑は大きすぎて無視できません。本を開いたり映画を見たりするたびに、私たちは別の現実を作り出します。すべてのフィクション作品は、それ自体が多元宇宙の実現であり、その架空の宇宙のルールは私たちが住んでいる宇宙と似ていますが、わずかに異なります.多元宇宙では、私たちの夢は文字通り実現します 、特にそれらの代替ピンチオフ宇宙に異なる物理法則が含まれている場合。飛びたい？あなたのバージョンがどこかにあり、今それをやっています。朝食に星を食べたいですか？それも。魔法が欲しい？もちろんです。
多元宇宙は私たちの空想を現実に変えます。アクセスできず、永遠に遠く離れていますが、それでもリアルです。そのため、その概念が科学的調査の焦点から消えたとしても、私たちはそれについて夢を見続けます.これは悪いことではありません。科学は一度に 1 つの夢を前進させます。 
Paul M. Sutter は、Stony Brook University の Institute for Advanced Computational Science の天体物理学の研究教授であり、ニューヨーク市の Flatiron Institute の客員研究員です。彼は の著者です 宇宙におけるあなたの場所:私たちの大きくて乱雑な存在を理解する.
リード写真:Marvel
