宇宙への旅人

パラレルワールド（並行世界）は存在するのか？物理学者がその可能性を探る



パラレルワールド（並行世界）は存在するのか？
　
この宇宙とはまた別の宇宙がどこかにある、とまことしやかに囁かれているパラレルワールド（並行世界・並行宇宙）とは、ある世界（時空）から分岐し、それに並行して存在する別の世界のことだ。

　この世界にはいくつもの宇宙が並行して存在するという構想は、SFなどでは魅力的な設定で、それをテーマにいくつもの物語が綴られてきた。

　だが現実に、そんなものが本当に存在するのだろうか？

　フェルミ国立加速器研究所の物理学者ドン・リンカーン博士は、光と重力の性質を考察し、その可能性を探っている。

　それによると、少なくともこの宇宙に平行世界の存在を示唆するような痕跡はまだ見つかっていないという。だが、そ平行世界の存在を完全に否定する証拠もまたないことも博士は認めている。

　つまりパラレルワールドは「ある」とも「ない」とも言い切れないのだ。

2次元宇宙で暮らしていると想定した思考実験
　
この世界は3次元の空間でできている。だからその住人である私たちは前後・左右・上下に移動することができる。

　だが残念ながら3次元宇宙の住人にとって、4次元宇宙を想像するのは難しい。

　そこで 平行世界の可能性を探るうえで、ひとまず私たちは2次元宇宙で暮らしているということにしよう。

　2次元の宇宙は平面しかない世界だ。だから、そこの住人は東西南北に移動できても、階段を使って上に行ったり、下に行ったりすることはできない。

　だが、この世界には私ちには認識できないもう1つの次元が隠されており、真の姿は3次元なのだとしよう。

　さらに私たちが暮らす2次元宇宙とはまた別の、2次元の平行宇宙がいくつも存在するとしよう。

　異なる2次元宇宙は、まったく同じ空間上には存在できないので、3次元軸上を重なるように存在する。

　それはペラペラの紙を何枚も積み重ねたようなものだ。1枚1枚が完全な2次元の宇宙で、それらが3次元に積み重ねられている。

　このような平行宇宙はあり得るのだろうか？



幽霊は平行宇宙から届いた光なのか？

　それぞれの紙は、別々の宇宙を表しているが、触れ合っている紙同士ならば、お互いわずかに影響し合うこともあるかもしれない。

　例えば、俗に言う”幽霊”は、別の平行宇宙から光が届き、そこの住人たちの姿が見えてしまったものとは考えられないだろうか？

　それがぼんやりとしか見えないのは、この宇宙と平行宇宙がわずかにしか交差していないからだ。

　だが、物理学者であるリンカーン博士は、これについて一言言いたくなるようだ。

　さまざまな実験によって、光の強さは、光源からの距離の2乗に反比例して弱くなることが知られている。これは「逆2乗の法則」として知られ、数学的には「1/距離2」と表される。

　リンカーン博士によると、この光の性質は、じつは光が進むことのできる次元の数を表しているのだという。それは平行宇宙の存在を考えるうえで、重要な意味を持つ。

　電球のような光源から発せられた光は、光源から球状に広がっていく。

　球（ここからは3次元の話だ）の表面積は、半径の2乗に比例する（表面積 ＝ 4πr2）。そして光は、この球の表面全体に均一に広がっていく。

　じつはこうした数式に登場する”2”は、光が移動できる次元の数よりも1つ少ない数に相当する。仮に光が3次元空間を移動できるのだとすれば、3 - 1＝ 2となる。

　もしも幽霊がここではない別の宇宙からやってきた光ならば、光は4次元を進むことができなければならない。だとするなら、光の強さの公式は1/距離3となるはずだ（4 -1 = 3だから）。

　だが、これまでの観察によるならば、光の強さは距離の3乗ではなく、距離の2乗に反比例して弱くなる。


光源との距離が2倍になると、光は4倍の面積に広がる。よって光の強さは4分の1になる / image credit:JPL / CalTech / NASA

銀河の回転が異常に速い理由は？
　
リンカーン博士にると、こうした光の性質は、銀河の謎にも関係しているという。

　この宇宙に無数に存在する銀河を観測してみると、それらが今わかっている重力や運動の法則だけでは説明できないほど速く回転していることがわかる。

　なぜだか、銀河は目に見える質量よりもっと重いかのように振る舞うのだ。

　この事実は、「暗黒物質」という目に見えないミステリアスな物質があるだろうと、天文学者たちが想像する理由の1つだ。

　だがSFマニアの中には、それはパラレルワールドにある質量の影響ではないかと推測する人もいる。

　それによると平行宇宙から重力が届き、それがこの世界の重力と合わさることで、不可解なほど銀河の回転を速めているのだという。

　面白い仮説だが、リンカーン博士はこれもまた幽霊の理屈で否定している。もしも重力が本当に平行宇宙の間を越えて伝わるのならば、その強さは距離の3乗に反比例して弱くなるはずだ。

　だがこの世界で調べた結果によるならば、それは正しくない。


photo by iStock

結局パラレルワールドは存在するのか？しないのか？
　
こうして、光と重力の性質から、それらが3次元宇宙を越えて移動できる可能性は否定された。

　　ではそれによって、平行宇宙の存在までも否定されるのだろうか？そんなことはない。

　これまでの話は、ある宇宙の物質やエネルギーが別の宇宙に届くかどうかを考察したものだ。それが届かないからといって、別の宇宙が存在しないとは断言できないだろう。

　何もデータがない以上は、その存在を否定するデータもまたないのだ。

　そうは言っても、あるはずのものが、何も痕跡を残さないというデータもない。存在を示唆するデータが一切ないのならば、おそらく存在しないと結論づけるのが自然だ。

　今回の話で言うならば、平行宇宙の存在を示唆するデータが一切ないのならば、おそらくは存在しないだろうと結論づけても問題なさそうということだ。

　もちろん平行宇宙やパラレルワールドという言葉が、今回の並行宇宙とはまた別の何を指していることもあるだろう。そのようなケースについて、ここでの議論は当てはまらない。

　だが、今回のように一つ一つ可能性を消していくことが、科学の進歩なのだと、リンカーン博士は語っている。

2023年11月13日
カラパイアより

生命が誕生しえない宇宙は存在するか？　マルチバースがハビタブルな条件を明らかにす


ビッグバンから現在までの宇宙の歴史を示す模式図

「我々の住む宇宙は、無数に存在する宇宙の一つなのか？」
「別の宇宙はハビタブル（生命居住可能）な世界をもつのか？」

宇宙の始まりの出来事「ビッグバン」とは？　理論や命名についても解説

一見したところ、推測の上に推測を重ねたSFのような話に感じられるかもしれません。しかし実はそれほど馬鹿げた話ではないと、オーストラリア・シドニー大学のGeraint Lewis教授は論考しています。

宇宙は唯一の存在なのか、それとも多数の宇宙が存在し得るのか？


ビッグバンの発生後に生成された多数の泡宇宙を示す図

Lewis教授が馬鹿げた話でないと主張する論拠が、ビッグバンの発生後に多数の「泡」宇宙が誕生するという「多元宇宙論（マルチバース）」です。インフレーション理論を考案した宇宙物理学者のAlan Guth氏は、この多元宇宙論のアイディアを創案した科学者のひとりです。

Guth氏によると、ビッグバンの発生から10のマイナス32乗秒未満のあいだに原始的な宇宙が急激に膨張したとするインフレーション理論から、多元宇宙論が必然的に導かれるといいます。しかしLewis教授が注釈するように、多元宇宙論は物理学者らのあいだで論争の的になっているようです。

多元宇宙論では、我々の住む宇宙と別の宇宙では、宇宙定数などの自然定数や物理法則に違いがある可能性が示唆されます。

たとえば、我々の住む宇宙と比べて電子の質量が100倍もある宇宙では、生命や惑星だけでなく恒星が誕生しているとも限りません。そこでLewis教授は、多元宇宙論が正しいと仮定した場合、生命が誕生したのは条件が適している我々の住む宇宙だけなのか、それとも条件が異なる別の宇宙でも生命は誕生し得るのかと問いかけます。

生命誕生には酸素と炭素の割合が重要

そこでLewis教授らの研究グループは、ハビタブルな環境が誕生するための宇宙の条件を検証しました。

我々の宇宙ではビッグバンによって水素やヘリウムが生成され、それ以外の元素は星の内部での核融合や超新星爆発等を通じて生成されました。これらの過程は、強い力・弱い力・電磁気力・重力という4つの力によって支配されています。また、電子やクォークといった素粒子の質量も重要な役割を果たすといいます。

Lewis教授らは、これらに関連する基本的な量（微細構造定数や電子と陽子の質量比など）が不変であるという制約のもとで、マクロな条件を変えたときにハビタブルな環境が作られ得るのかについてシミュレーションを使って検証したようです。Lewis教授らが検証した条件は、岩石に対する金属の割合、酸素に対する炭素の割合、ケイ素に対するマグネシウムの割合、DNAやRNA、タンパク質の構成要素である窒素の存在、鉄・リン・硫黄の存在などです。

検証の結果、ハビタブルであるために重要なのは、酸素に対する炭素の割合であることが判明しました。Lewis教授らは、原始惑星系円盤を構成するガスに含まれる酸素や炭素が一酸化炭素を生成するため、酸素に対する炭素の割合が惑星系の形成、ひいてはハビタブルな環境づくりに強く影響を及ぼすと分析しています

究極理論の完成か、それとも科学の限界か

とはいえ、多元宇宙論はまだ仮説の段階にあると、Lewis教授はクギを刺しています。今の段階では多元宇宙論が検証されたわけでもなく、検証することが可能かどうかすら不明だといいます。我々の住む宇宙を支配する物理法則とは異なる宇宙が実際に存在するのかも不明なのです。

無限の宇宙の中に存在する究極の足場を明らかにする旅、その始まりに我々人類はたどり着いたところなのかもしれないと、Lewis教授は締めくくっています。

Image Credit: NASA

2023年3月30日
sorae より

パラレルワールドの存在を裏付ける最新理論「多相互作用世界」（オーストラリア研究）



オーストラリア、グリフィス大学のハワード・ワイズマンが提唱する最新理論によると、我々のものとまったく同じ時空の中にいくつもの宇宙が存在し、量子レベルで干渉し合っているのだという。そう、パラレルワールドです。

　我々のような単なる素人には、量子論は非常に複雑な概念です。そこでは物質は我々が普段親しんでいる宇宙の法則に従った振る舞いをしないのです。

　これまでも量子論からひも解くパラレルワールドに関する研究は数々進められていましたが、今回『フィジカルレビューX』で発表された論文では、1950年代に登場した有名な”多世界”アプローチに替わる”多相互作用世界（Many Interacting Worlds）”理論が提唱されています。

同じ時空で重なり合う並行世界

　従来の多世界論によれば、ある出来事（隕石の地球衝突など）が起きると、その出来事の関するあらゆる可能な帰結を持ついくつもの宇宙が作られます。我々の宇宙はたまたま恐竜が滅びるような結果のものだったというわけです。

　そうした宇宙は同時に並行して存在するが、別の空間にあるため互いに作用することは決してないと考えられてきたのです。



　最新の理論を理解するには、積まれたカードのデッキを考えるといいです。カードの一枚一枚が出来事です。手元にカードが一杯のデッキを持っているとき、カードをめくるごとに何らかの一つの結果が生じます。めくり続ければ、それぞれに書かれた出来事を起こし続けることができます。

　つまり彼らの理論が示唆しているのは、並行宇宙が重なっており、同じ時空を占めているということです。丁度量子論のように、観察者（カードをめくる我々）が一つの状態が存在するよう強いるまでは、あらゆる可能な状況が同時に存在するのです。

賛否両論の新理論

　ワイズマンはこのように説明しています。
　
あらゆる可能性がそれゆえに実現されます。ある宇宙では恐竜を絶滅させる隕石が地球にぶつからず、またある宇宙ではオーストラリアはポルトガル人の植民地になっているでしょう。批判的な人たちは、そうした他の宇宙の実在を信じません。そうした宇宙が我々の宇宙にちっとも影響しないからです。この点に関して、”他相互作用世界”アプローチは、その名称からも分かるようにまったく異なっています。



　学会からの反応は様々です。「壮大な時間の無駄」と切り捨てる学者もいれば、「素晴らしい分析」と称賛する声もあります。

　今後は理論を実験してみなければならない。そして、いつの日か我々が並行宇宙に到達できるのかどうかを確かめるのです。これがタイムトラベルを可能にするかもしれないのです。

2016年12月27日
カラパイアより

宇宙マイクロ波背景放射モデルにあるビッグバン後の明るい領域がこの宇宙と別の宇宙が衝突した痕跡である可能性



天文学者はパラレルワールドが我々の宇宙に衝突した瞬間を目撃したのかもしれないのです。宇宙の最果てから届いたシグナルが、全く別の宇宙が我々の宇宙に干渉したことを仄めかしているというのです。この分析結果は、複数の宇宙が存在すると仮定する多元宇宙論の最初の証拠かもしれません。

　アメリカ、カリフォルニア工科大学のランガ＝ラム・チャリー（Ranga-Ram Chary）博士は、欧州宇宙機関のプランク宇宙望遠鏡が収集した宇宙マイクロ波背景放射のデータを分析し、ビッグバン後の輝きの残滓の中から、マイクロ波光が普通よりも明るい幾つものスポットを発見しました。

チャリー博士によれば、これらは138億年前のビッグバンから数10万年経った後に我々の宇宙と別の宇宙が相互作用したことで発生したシグナルである可能性があるといのです。

　これは2つの泡がぶつかり合っているのと似ています。多元宇宙内に広がるいわゆる「泡宇宙」は、ビッグバンを経て膨張する最中に衝突し合い、宇宙の表面にその痕跡を残します。



　発見されたシグナルは、別の宇宙が我々の宇宙とはかなり異なったものである可能性を示唆しています。そこでは亜原子粒子のバリオン（Baryon）やフォトン（Photon）の割合が、我々の宇宙よりも10倍あるかもしれないのです。つまり、別宇宙の物理は我々の宇宙とは全く異なるということです。
　


　チャリー博士は論文で、我々の現在の宇宙を再現するために初期宇宙のパラメーターを綿密に調整する必要があるということは、この宇宙は永遠に膨張を続ける超領域の一領域に過ぎない可能性を示唆していると主張しています。

　観測可能な宇宙を超えたところに、数多くの領域が存在し、それらは科学者が我々の宇宙を計測するために用いている以外の物理パラメーターにも支配されているのかもしれないというのです。



　この結論を得るために、同博士は宇宙マイクロ波背景放射モデルを用い、それをプランクが撮影した宇宙全体の画像から差し引きました。さらに恒星、ガス、塵からのシグナルも除去しました。こうした場合、画像に残るのはノイズしかないと想定されましたが、そこには通常の4,500倍の明るさを持つ領域が散りばめられていることが明らかとなったのです。

　この発見に天文学者は騒然としていますが、宇宙を覆うただの星間塵ではないかという見解もあります。かつて膨張を続ける多元宇宙の証拠と見なされたシグナルが捉えられたこともあったが、結局塵が原因であることが判明しています。



　NASAはPIXIEというミッションで、2016年にこの発見を検証する予定です。

rtより

2015年11月07日
カラパイアより

パラレルワールドに新理論：多元宇宙と我々の宇宙はお互いに影響し合っている



最近パラレルワールドと呼ばれる多元宇宙に関しての議論が活発化しているようですが、オーストラリアのグリフィス大学ハワード・ワイズマンの研究チームは量子物理学を元に、私達の宇宙とパラレルワールドである「多元宇宙」がお互いに量子的に影響し合っている可能性があることを発表しました。この研究はphysical review Xという物理学誌に掲載され、研究チームのリーダーは「ミカエル・ホール」という人物である事が発表されています。

　量子物理学は非常に複雑な分野で、我々の世界にありながら、日常で感じているニュートン力学とは全く違う、予測の出来ない働きを見せる事があります。量子物理学の基礎として、「量子は数々の状態が折り重なって存在している」という物があり、この折り重なった状態は観測者が「観測するまで」不安定なのです。

　20世紀半ばに登場した「多元宇宙論」は当初「多元宇宙同士はある瞬間を境に増えるが、増えた先の数々の宇宙は互いに干渉し合う事はなく、それぞれ全く違う空間を持っている」という理論が主流でしたが、今回発表された新しい理論では、「多元宇宙は独立しておらず、お互いにオーバーラップした（重なり合った）状態で存在し、干渉しあっているのではないか？」と言われています。



　ワイズマン氏は今回の研究についてこう語っています。 「つまり全ての可能性は現実なんです。例えば隕石が恐竜を絶滅に追いやった出来事を回避出来た世界も存在しているし、オーストラリアがポルトガルに占領されてしまった世界も存在しています。これまでの理論では、こういった多元宇宙を証明する事はできませんでしたが、我々が新たに提唱する理論ではお互いに干渉している可能性があるので、もしかしたら多元宇宙論を証明できるかもしれません。」

　この多元宇宙論で唱えられる数々の宇宙には我々と全く似た世界が幾つも存在している可能性があります。また「バタフライ効果」によって我々の世界から完全に変わってしまった世界も存在している可能性があるという。こういった世界は全て、我々の世界のコピー等ではなく、それぞれが等しく我々の世界と同様に本物・現実なのです。



　「我々の理論の素晴らしいところは、仮にニュートン力学しか存在しない世界があり、量子力学しか存在しない世界があるとしたら、そのどちらでもない全く新しい物理学の元で存在している世界もあるはずなんです。そして、我々の理論を元に今後は新しい量子力学の基盤が作り上げられて行く事だろうと思います。」とワイズマン氏は語りました。



この理論に対する物理学コミュニティの評価はまちまちで、今まさに熱を帯びた議論が成されている所です。チェコの物理学者ルボス・モトル氏はワイズマン氏の新理論を 「何の生産性もない、時間の無駄」 と激しく非難し、ミシガン大学チャールズ・セベンス氏はワイズマン氏と全く違う方法で同じ可能性にたどり着き 「ワイズマン氏の研究は基底エネルギーとトンネル効果に新しい光を指す素晴らしい研究だ」 と称賛しています。



理論はわかりましたが、現実の問題としては、この理論を今後どうやって証明するか？という事です。

flscience

2014年12月21日
カラパイアより