ビッグバンの前に何が起こりましたか？その質問に対する従来の答えは通常、「ビッグバンの前」などというものはありません。それがすべてを開始したイベントです。しかし、正しい答えは、物理学者のショーンキャロル氏は、「私たちは知らないだけです」と語っています。キャロルだけでなく、他の多くの物理学者や宇宙学者も、ビッグバンまでの時間の可能性や、私たちの宇宙がどのようになってきたかについての別の理論を検討し始めました。キャロルは、先週ミズーリ州セントルイスで開催されたアメリカ天文学会での講演中に、この種の「投機的研究」について話し合った。
「これは宇宙論者になるための興味深い時期です」とキャロルは言った。 「私たちは祝福されており、呪われています。それは黄金時代ですが、問題は私たちが持っている宇宙のモデルが意味をなさないことです。」
まず、在庫の問題があり、ユニバースの95％が考慮されていません。宇宙学者たちは、ダークマターとダークエネルギーを調合することによってその問題を解決したようです。しかし、データに合わせて問題を「作成」したからといって、宇宙の性質を理解しているわけではありません。
私たちの宇宙についてのもう1つの大きな驚きは、ビッグバンの「エコー」である宇宙マイクロ波背景（CMB）を研究してきたWMAP（ウィルキンソンマイクロ波異方性プローブ）宇宙船からの実際のデータにあります。
「初期の宇宙がどのように見えたかのWMAPスナップショットは、それが宇宙の広い領域にわたって熱く、密で滑らか（低エントロピー）であることを示しています」とキャロルは言った。 「その理由がわかりません。これは、在庫の問題よりもさらに大きな驚きです。私たちの宇宙は自然に見えません。」キャロル氏は、低エントロピーの状態はまれであることに加えて、私たちのような宇宙に進化した可能性のあるすべての初期条件の中で、圧倒的多数がはるかに高いエントロピーを持っています。
しかし、キャロル氏によると、宇宙についての最も驚くべき現象の1つは、物事が変化することです。そして、それはすべて、宇宙全体で、過去から未来へと一貫した方向に起こります。
「それは時の矢と呼ばれています」とキャロルは言いました。この時間の矢は、エントロピーを引き起こす熱力学の第二法則から来ています。法律は、常に、閉鎖系は秩序から無秩序へと時間とともに移動すると述べています。この法律は、物理学と天文学の基本です。
宇宙の初期条件に関する大きな問題の1つは、なぜエントロピーがそれほど低く始まったのかです。 「そしてビッグバンの近くの低いエントロピーは時間の矢に関するすべての原因です」とキャロルは言いました。 「生と死、記憶、時間の流れ。」イベントは順番に発生し、元に戻すことはできません。
「卵を割ったり、コップ1杯の水をこぼしたりするたびに、観測宇宙論を行っています」とキャロル氏は言います。
したがって、宇宙と時間の矢についての質問に答えるために、ビッグバンの前に何が起こったかを考える必要があるかもしれません。
キャロルはこれらは考慮すべき重要な問題であると主張しました。 「これは単なるレクリエーション神学ではありません」と彼は言った。 「私たちは意味のある宇宙の物語を求めています。意外に思われることがある場合は、パズルの内容を理解しやすくするための基本的なメカニズムを探します。低エントロピーの宇宙は何かの手掛かりであり、それを見つけるために努力する必要があります。」
現在、宇宙の適切なモデルがありません。現在の理論では、質問に答えることができません。古典的な一般相対性理論は宇宙が特異点で始まったと予測しますが、ビッグバンの後まで何も証明できません。
キャロル氏によると、インフレ理論は、宇宙の最初のいくつかの瞬間に、非常に急速な（指数関数的な）宇宙の膨張の期間を提案するものであり、役に立たないとしている。 「それはエントロピー問題を悪化させるだけです。インフレには初期条件の理論が必要です。」
他にもモデルは他にもありますが、キャロルは提案し、「赤ちゃん」のユニバースを作り続けるマルチユニバースのアイデアを支持しているようでした。 「私たちの観測可能な宇宙がすべてではないかもしれません」と彼は言った。 「私たちがより大きな多元宇宙の一部である場合、最大エントロピー平衡状態は存在せず、エントロピーは私たち自身のような宇宙の作成を介して生成されます。」
キャロル氏はまた、彼と物理学者のチームが行った新しい研究についても話し合い、WMAPの結果を再度検討しました。キャロルと彼のチームは、データが宇宙が「偏った」ことを示していると言います。
WMAPの測定によると、マイクロ波のバックグラウンドの変動は、空の片側で他の側よりも約10％強くなっています。
この「片側が重い宇宙」の説明は、これらの変動が私たちの宇宙を生み出した宇宙から残された構造を表している場合です。
キャロル氏は、これらすべては量子重力のより良い理解によって助けられると言った。 「量子変動は新しい宇宙を生み出すことができます。静かな空間での熱変動が赤ちゃんの宇宙につながる可能性がある場合、彼らは独自のエントロピーを持ち、宇宙を作り続けることができます。」
確かに、そしてキャロルはこの点を強調しました—これらのトピックに関する研究は、現時点では一般的に推測とみなされています。 「これはしっかりと確立されたものではない」と彼は言った。 「私はこれが間違っているとお金でさえ賭けるでしょう。しかし、うまくいけば、10年後に戻って、すべてを理解したことをお伝えできると思います。」
確かに、作家として、キャロルの話やアイデアを短い記事にまとめようとしても、彼らの正義は確かにわかりません。キャロルのこれらの概念などについての彼のブログ、Cosmic Varianceをご覧ください。また、BBCのためにChris Lintottが書いたキャロルの講演のすばらしい要約も読んでください。私はキャロルの講演を1週間以上検討してきましたが、時間の始まりを熟考しました-いつまでもあるかもしれませんが-興味深く、魅惑的な週になりました。その時が私の理解を前進させたのか後回しにさせたのかはまだ分からない！
