膨張する宇宙がどのようにして多元宇宙を作り出すことができるか

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WISE望遠鏡が撮影した星座カリーナの赤外線画像。

（画像：©NASA / JPL-Caltech / UCLA）

ポール・M・サッター の天体物理学者です オハイオ州立大学、多数の "宇宙飛行士に聞く" そして「宇宙ラジオ」、「宇宙でのあなたの場所Sutterはこの記事を寄稿しました Space.comの専門家の声：Op-Ed＆Insights.

それは永遠に続くSFのお気に入りです。他の世界、他の宇宙、他の可能性、既知のコスモスの境界を越えて、または魔法のデバイスを少しだけ離れて。たぶん、他の世界は、歴史の風変わりな小さな変化を除いて、不気味に自分自身に似ているかもしれません。多分彼らは根本的に異なっており、新しくて奇妙で素晴らしい種類の人生を持っています。多分それらは非常に異なっているので、物理学の基本的なルールはそこでさえ適用されません。

もちろん、私は多元宇宙について話している-どこかに他の明確な宇宙がある可能性。

しかし、それらは存在しますか？

泡を吹く

多元的なアイデアは、科学、哲学、さらには宗教のいくつかの異なる分野で発生します。物理学自体の中で、他の世界の可能性は量子力学（特に、相互作用のすべてのランダムな結果が、それぞれの結果が実現される新しい宇宙から分岐する「多世界」の解釈を通じて）およびストリング理論（異なる配置で）に現れます小さな、ロールアップされた余分な次元の存在は、彼ら自身の宇宙の異なる物理学につながります）。

これらのアイデアについて話すのは楽しいですが、多元宇宙への最も魅力的なルートは、宇宙自体の最も初期の瞬間、つまりインフレの期間を理解することによるものでしょう。

私たちが知ることができるように、非常に初期の宇宙は、信じられないほど急速な拡大：インフレ。科学者たちは、このエポックがエキゾチックな量子場（時空自体の真空に焼き付けられた泡立つ、泡立つエネルギー）によって駆動され、宇宙がその膨張の強さでほとんど裂ける原因になったと理論づけています。しかし、すぐに、そのフィールドはその動きを失い、現在の宇宙に現在生息している粒子の群れに崩壊しました。

そして、このインフレの時代に多元宇宙は登場する可能性がありました。初期のインフレ支配の宇宙を、盛り上がるパンの巨大な塊として想像してみてください。私が今言った話は、インフレが宇宙全体で均一に開始および停止することを前提としています。パン全体がまったく同じタイミングで上昇を停止します。

しかし、インフレを引き起こしたものはすべて量子場でした。つまり、物事がそれほど単純であるとは想定できません。フィールドのいくつかの部分は、他の部分よりもランダムにエネルギッシュでしたが、他のスポットはより落ち着いていました。それは量子世界の生命のランダムな性質です。

だから私たちのパンの塊は正確に均一ではありません。残りのパンが上昇し続けている間、その一部は上昇を停止し、自分自身をつまんで孤立させます。そして、パンの一部は常に平均よりも速く上昇するため、小さな部分やポケットがあちこちにあり、遅い部分をランダムにキャッチしてつまむようにして、永遠に上昇し続けるパンの塊を想像できます。

これらのピンチオフされたビットのそれぞれは、独自のユニークな宇宙であり、マルチバースの多くのバブルの1つにすぎません。さらに、インフレの終わりの詳細は、自然の力の強さや粒子の質量などの重要な物理的特性の束を決定します（詳細はインフレーションの特定のモデルに依存します）。電子の質量や粒子種の数などについて話している。本当に重要なもの。

そして、これらのピンチオフされた各バブルユニバースは、独自の特別な方法でインフレを終了するため、各バブルユニバースは独自の物理セットを取得します。

交差する答え

パン全体が上昇し続けているため（平均よりも速いインフレ率で常に一部が存在するため）、非常に多くの宇宙が互いに泡立っています。多元宇宙。各宇宙は本質的に永遠に他の宇宙から遮断されています。ただし、交差する場合もあります。

2つの宇宙が互いに比較的すぐ後にピンチオフし、比較的接近している場合、それらは残りの永遠の間に互いに離れて膨張する前に、短時間交差する可能性があります。そして、彼らがそうするならば、その交差点はに痕跡を残すかもしれません宇宙マイクロ波背景それらの宇宙のうち、宇宙が38万歳の幼児だったときに残った光の化石の殻。

2つのシャボン玉が互いにこすり合っているところを想像してみてください。この痕跡は、空の奇妙に見える円の形をとります（「奇妙さ」は、どのような種類の宇宙が交差しているかによって異なります）。当然、私たちはそのような多元宇宙の痕跡を発見していません。

直接の証拠がなければ、インフレからの多元宇宙のアイデアの実現可能性を判断することは困難です。これはすべてのインフレ理論の一般的な結果である可能性があるため、インフレのより強力な証拠を見つけることができれば、多元宇宙の存在も実証できる可能性があります。しかし、現時点では、インフレのメカニズムを完全には理解していないため、これ以上進むことはありません。

そして、ここで熟考する別の質問があります。あなたが私たちの宇宙の物理学をほんの少し変えたなら、私たちが知っているような人生はそれが不可能であろう。なぜ私たちは、私たちのタイプの生命が生き残ることができるような特別な宇宙にいるのでしょうか？それはおそらく、多元宇宙のすべての泡のせいでしょうか？もちろん、私たちは知性を刺激することができる数少ないものの1つに自分自身を見つけるでしょうか？（そうでなければ、私たちはそれを認識しません。）それとも、もっと深いものですか？これは科学にとっても疑問ですか？

多分別の宇宙がすべての答えを持っています。

エピソードを聞いて詳細を学ぶ 「私たちは多元宇宙に住んでいますか？」 「Ask a Spaceman」ポッドキャストで。iTunes とウェブでhttp://www.askaspaceman.com。 @ ProducerEv、Matthew A.、Tom S.、Taha、Oliver H.、Wally H.、Christiaan D.、Keith G.、Alex Z.、Murtaza P.、Kent L.、Gabi P.、Slinkerdeerのおかげで この作品につながった質問のために！ Twitterで#AskASpacemanを使用するか、Paulをフォローして、質問を投稿してください ゆうたろう そして facebook.com/PaulMattSutter.