時間はどこまで戻る？それは、子供が無礼に尋ねることができるほど簡単な質問です.しかし、意味のある答えを試みようとすると、時間とは何かを理解することの限界に真っ向からぶつかります。最も独我論的なレベルでは、それは私たちの最初の記憶までさかのぼるだけです。その前に、私たちの感覚の出発点は、忘却、あるいは断片化された印象のもやに覆われているように見えます。最も客観的なレベルでは、これはそれほど不正確な比喩ではないかもしれません。少なくとも、宇宙の「始まり」と思われるもの、つまり連続体の時空という概念が崩壊する時点についての現在の理解によれば、.
父に歴史について尋ねるのを間違えたとき、私は5歳くらいだったに違いありません.彼が生まれたとき、世界はどのようなものでしたか？その20年、50年前はどうでしょうか。その時までに、私の老人は自分の娯楽のために私をいじる習慣を身につけていました.それで、私が100年前の世界がどのようなものだったかについて彼に尋ねようとしたとき、私の幼稚な心には、私が想像できる限り無限に近い数でした.当時。時間は100年しか戻らない、と彼は宣言した。このフィアットに対する私の反応の正確な性質は覚えていませんが、キックと悲鳴が含まれており、彼の笑い声によって悪化した可能性が非常に高い.父はただのバカだったのか、それとも最終的に私が理論物理学者になるきっかけとなった種をまく方法が父のやり方だったのか、今でも疑問に思っています。
時間の始まりの本質は、私が生まれた文化であるヒンズー教の伝統を含む多くの古代の伝統が、一見すると時間を回避するように見える問題です。歴史家であり哲学者でもあるジョン・グレイの著作は、アブラハムの思想が時間の歴史学に革命をもたらした可能性があるという考えを最初に私に知らせました。そうすることで、発生しないかもしれない疑問や命令に即座に立ち向かわざるを得なくなります。あるいは、時間の周期性を仮定した人々によって却下されることになります。たとえば、次のような質問です。時間に始まりがあるなら、終わりはありますか？グレイの批判の対象は、啓蒙主義以降の進歩の概念に対する暗示的な千年紀のサブテキストでしたが、彼の主張のより広範な含意は、私のような者にとって消化するのは容易ではありませんでした。
アブラハムの階層外の複数の知的伝統が行ってきた、注目に値するがしばしば見過ごされ、時には採用された知識への貢献にもかかわらず、それは、欠陥があるとしても、独特の可能性への持続的な探求であることがわかったものでした。創造の瞬間の起源。科学の年表の詳細として、それは少しあまりにも来るかもしれません。 アインシュタインの一般相対性理論の結果として、数学的に宇宙の始まりを導き出した最初の精神は、叙階されたカトリックの司祭だったという鼻に。
たまたま物理学の教授でもあったジョルジュ・ルメートルは、アインシュタインの理論に対する解決策に独自に到達しました (数年前にロシアの数学者アレクサンダー・フリードマンによって最初に書き留められました)。解決策は、「原始の原子」に起源を持つ、固定された中心も優先方向もない、物質または放射で満たされた宇宙を説明しました。そうすることで、Lemaître は、数年前にエドウィン ハッブルが驚くべき発見をしたことを説明しました。それは、夜空にある遠くの銀河が秩序だった方法で私たちから遠ざかっており、その唯一の意味は宇宙が膨張しているということでした。
フリードマンとルメートルの解決策として知られるようになったビッグバンは、現代の宇宙論の基礎であり、それが不完全な説明であるという事実で最も注目に値します。それは答えるのと同じくらい多くの疑問を提起しますが、最も明白なものは次のとおりです:ビッグバン自体は、ルメートルの太古の原子であった高密度で熱化され、急速に膨張しているがほぼ均一な火の玉として、そもそもどのようにして生じたのでしょうか?さらに、原始プラズマには微視的なゆらぎが含まれており、宇宙が十分に冷却されると、そのゆらぎが自らの重力で崩壊し、その過程で、私たちが観察するすべての銀河が最終的に形成されるウェブ状の足場に凝縮されました。これらの種子摂動はどこから来たのですか?
これらの種は、ビッグバンに先行する何らかの動的プロセスによって設定された波紋である微視的な量子ゆらぎに他ならないことは、今日広く受け入れられています。おそらく、このプロセスは原初のインフレーションの段階であり、ビッグバンが最終的なものであり、ビッグバンの初期条件を設定する、まだ未知のフィールドに蓄えられたエネルギーの爆発的な放出でした.おそらく、宇宙は一連のサイクルの中で定期的に膨張と収縮を繰り返し、各サイクルの頂点で爆発を起こしたのでしょう。おそらくどちらでもなかった。私たちは、本質的に限られた観察を考えると、根底にある現実の部分的な投影にアクセスしているだけかもしれません.現在私たちが自由に使える理論を通じて解釈するものであり、おそらく古代の天文学者プトレマイオスのそれと同じです。スターはかつてヨーロッパで流行していました.
宇宙学者であることは、考古学者であることと同じです。あなたは遠い過去に起こったかもしれないことを、物理学の法則と、私たちが覗き込もうとしている銀河の塵やその他のさまざまな破片の層によって隠されている、歴史が残してくれたあらゆる証拠を使用して再構築しようとしています.証拠は、遠方の銀河とクエーサーの調査の形であり、それ自体がクラスター化された暗黒物質の基礎となるウェブのトレーサーであり、ビッグバンから残った遺物のマイクロ波放射のマップです。近い将来、宇宙論者は、宇宙ニュートリノの遺物浴、星が形成される前に宇宙の大部分を構成していた中性水素の雲から放出されるかすかな放射線、そしてもちろん、妨げられずに移動した可能性のある重力波も観測することを目指しています。ビッグバンから私たちに。
今日生きている若者が生きて、私たちに光を当てるかどうかにかかわらず、宇宙の地平線内のすべてではないにしてもほとんどの重力結合構造が完全にマッピングされる日を見ることができるというのは、食欲をそそる見通しです。地球の表面と同じように、私たちの宇宙の地平線は拡大し続けていますが、有限の体積です。何十年にもわたる観測により、非常に正確な画像が現れてきました。これは、微視的でほぼスケールフリーのゆらぎがシードされたホット ビッグバンの予測と、宇宙の大部分が暗黒物質とまだ決定されていないがエネルギー的に重要な成分で構成されていることの一貫性を示しています。時空に「反弾性」を吹き込み、暗黒エネルギーと呼ばれる膨張率を加速させます。
宇宙考古学者として、私たちは歴史的な不測の事態によって制限されています。たとえば、最も初期の星がはるかに明るく輝いていた場合、宇宙マイクロ波背景放射の小さな温度変化として刻印されていたビッグバンの初期シード変動の証拠は消去され、星の初期条件を推測するという私たちの仕事はビッグバンははるかに困難になっていたでしょう。私たちが知覚力のある観察者として存在するようになったのは、宇宙の歴史の非常に特定の瞬間に起こりました。オブザーバーが別のエポックでの観察から結論を下す可能性があるものは、その時期によって大きく異なる可能性があります。
これは、簡単な思考実験によって劇的に説明されます。議論のために、私たちの現在の宇宙論モデルが実際に正しく、私たちの推論が的を射ており、それらに入る仮定にだまされていないと仮定しましょう。振る。ビッグバンから約 138 億年後、つまり今から 1 兆年後の遠い未来に人類が垣間見ることができたまさにこの宇宙で、私たちの銀河系にいる知覚力のある観測者は何を結論付けるでしょうか?
手始めに、最も近い銀河の隣人であるアンドロメダ銀河と天の川銀河が合体して、1 つの銀河、ミルコメダになります。私たちのすぐ近くの銀河の近隣を超えた他のすべての銀河は、私たちの宇宙の地平線を超えて加速したでしょう.ビッグバンからの遺物放射は、私たちの地平線よりも長い波長を持っているため、検出することは不可能です.今から 1 兆年後の観測者は、ミルコメダの銀河面から見上げると、彼らが中心である空虚な宇宙を見て、おそらくそれがそれであると宣言するでしょう.彼らの宇宙はいつも、これからも変わらない。このオブザーバーは、無限の過去と無限の未来の境界のない時間を推測することしかできず、自己陶酔的であると結論付けて正当化することができました.
幸いなことに、私たちはこの未来の観察者ではなく、存在する可能性のあるすべての宇宙考古学者の中で比較的特権的な立場にあります。歴史上の位置から推測できることには、私たち自身にも限界がありますが。イライラすることですが、私たちの視点からは手の届かないところに永遠に残る特定の質問があるかもしれません.たとえば、私たちの銀河系内のちりやデトリタス (技術的には前景と呼ばれる) は、星が形成される前に宇宙の構造をマッピングしようとする私たちの試みを致命的に覆い隠す可能性があります。または、ビッグバン自体に先行するものは何でも、その時代がそうであったように、それに先行する時代を持っていた可能性があります。このプロセスが無限に後退しない場合でも、宇宙の初期状態からの情報は、宇宙の大変動の複数のサイクルによって再利用され、上書きされる可能性があります。
しかし、種として、私たちは頑固に決心し、質問をし続ける権利があるとは言えません.たとえば、重力波は、電磁波とは異なり、介在する構造や物質の塊によってほとんど覆い隠されません。遠くない未来に、広範囲の周波数に敏感な未来の重力波検出器を使ってビッグバンを直接見ることができる時が来るかもしれません.
より一般的に崇められている創造神話によって提供される確実性の程度に答えを求める質問に、私たちが答えることができるかどうか疑問に思うのは自然なことです.科学的調査の説明の連鎖が終わりを迎えるのか、それともずっとカメのせいなのか.幸か不幸か、あなたの素因に応じて、無知の究極のベールがあり、それを超えると、宇宙学者はそれ以上の責任を免除され、空間と時間の起源への探求は無意味に崩壊します.つまり、そのような問題を組み立てることさえできるフレームワークそのものが崩壊したときです。
これは、連続体幾何学の概念 (空間と時間は無限に割り切れるという考え) が意味をなさない領域にあります。物事が起こるアリーナは、代わりに激しいマグマのようになり始めます。これはおそらく本来フラクタルであり、1950 年代にジョン ウィーラーによって最初に予測された量子泡です。つまり、無限に分割可能な連続体の代わりに、時空は、継続的に泡立ち、再形成される泡のようなものに似始めます.これが最も基本的なスケールでの時空の本質であり、私たちがよく知っている連続体の幾何学は 創発 です。 より大きなスケールでは、量子重力に対する複数の独立した補完的なアプローチが到達したものです。これらのアプローチは、ひも理論、ループ量子重力、因果的動的三角形分割など、さまざまな名前で呼ばれていますが、かなり一般的な理由で理解することもできます。
空間と時間自体が崩壊する最小の可能なスケールが存在する可能性が非常に高いということは、量子力学と重力を自己矛盾のないフレームワーク内にまとめようとする試みのより不快な結果の 1 つです。プランク長より下では、約 10 メートルの解像度、または光がこの距離を移動するのにかかる時間よりも短い間隔、または約 10 秒 (プランク時間として知られている) の解像度では、意味のある定義可能なジオメトリまたはトポロジはありません。時空へ。これらは、宇宙の究極の起源を担う物理学が機能するスケールです。これを理解するには、重力の存在下でハイゼンベルグの不確定性原理を呼び出すだけで済みます。
不確実性原理によれば、時空の一点をより細かい精度で局在化すると、その中の運動量やエネルギーがますます不確実になります。プランクスケールを超えた時空を探る試みは、その領域内に局在する非常に多くのエネルギーを伴う量子ゆらぎをもたらし、自然に崩壊してブラックホールになり、時空の特異点として幾何学から切り離されます (幾何学自体は言うまでもなく、点の概念は、プランク尺度ではすべての意味を失います)。分解可能な最小の瞬間に再び蒸発するだけです。その規模の観察者は、創造と破壊の泡の中で漂流するでしょう.
時空の通常の連続体の性質は、この無秩序で非幾何学的な微視的な現実から巨視的な距離で、平均化された効果として出現します。これは、日常のオブジェクトの固体の錯覚によく似ています。実際、これらは完全に分解可能な空間的広がりのない基本的な粒子で構成されており、より大きな長さスケールで核子や原子として現れる非常にエネルギーの高い構成で積み重ねられています。このことから、地球の端がどこにあるかという問題と同じくらい無意味であることが判明したため、時間の始まりがあったかどうかを尋ねることにも内在するカテゴリ エラーを理解できます。
時間における私たちの立場を考えると、この究極の無知のベールに直面することは決してないかもしれません.広く受け入れられているように、原初のインフレーションの時代が過去のビッグバンのように見えたものの起源だった場合、最大規模の宇宙が複数の自己再生領域で構成され、それぞれが独自の宇宙空間を持っている可能性は十分にあります。地平線、他のものを認識していません。彼らにとってビッグバンのように見えるかもしれないものを見つめ直すことによって、この多元宇宙の観察者は、沸騰したお湯のポットで核形成する泡とは異なり、はるかに大きな宇宙の枝での核形成を振り返るだけです。起源が彼らに完全に明らかにされることは決してないかもしれません.また、宇宙が周期的な創造と破壊のサイクルを経て、その起源についての疑問が無意味になっている可能性もあります。
注目に値するのは、私の見解では、人間が生きているうちにいずれかの方法を見つける可能性があるということです。量子重力効果が重要になる可能性がある最初の瞬間に近い非常に高いエネルギーでの物理学の部分的な理論的理解を、現在の理解がどれだけ平坦にしているように見えるかについて、私はたまたま宇宙論者の間で少数派です。熱ビッグバンの初期条件を解読するという私たちの見事な成功を、インフレーションの段階がそれに先行することを必然的に当然と見なすという限られた観察で外挿することが正当化されるかどうか、私には確信が持てません。私は、インフレーション宇宙論のパラダイムが、将来の歴史家や科学の社会学者による警告の逸話の尻であることを常に念頭に置いています.注目に値する、元気づけられることは、私の疑いがまったく問題にならないということです。宇宙論者は、難しい問題に頭を悩ませて、まだ終わりにはほど遠いです。私は、生きているうちにこれらの疑問が払拭されるという見通しによって、完全に活力を得ています.
私の質問の素朴さのために、私の老人がかつて私にしたように、私が嘲笑されることへの警戒心を失うことに近づいているかどうかについては、まだ確信が持てません。おそらく、職業インポスター症候群の一種で、長引くが、私を固定している.
Subodh Patil は、ライデン大学ローレンツ理論物理学研究所の助教授です。彼は時々 @_subodhpatil でツイートします。
参考文献
1. グレイ、J. The Silence of Animals ペンギン、ニューヨーク、ニューヨーク (2014).
2. C.G. ルメートル太古の原子 Ｄ．Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、ＮＹ（１９５０）。３．キニー、W. 無限の世界 MIT Press、ケンブリッジ、マサチューセッツ州 (2022).
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