最新宇宙論「ミラーワールドの謎」／MUTube＆特集紹介

宇宙はひとつではない=マルチバース理論とは？

　アメリカのヒーロー映画『アベンジャーズ』や『スパイダーマン』などのマーベル・シネマティック・ユニバース（ＭＣＵ）や、『シン・ウルトラマン』をはじめとする最近のウルトラシリーズなどでは、「マルチバース」という概念が頻出するようになった。
「単一の」という意味の「uni」が先頭についた「ユニバース（universe）」がわれわれの住む宇宙全体を指すのに対し、「さまざまな」という意味の「multi」から始まる「マルチバース（multiverse）」は、複数の宇宙が存在することを意味する言葉だ。
　フィクションの世界では、いくつもの宇宙が存在していると設定することで物語のバリエーションが増え、読者を飽きさせないという利点から、さまざまな形で使われているようだ。
　しかし、このマルチバースは“完全なるフィクション”というわけではない。実際に最新の宇宙論のひとつであり、「マルチバース理論（多元宇宙論）」として世界中で研究されているテーマなのだ。
　では、なぜ「われわれとは異なる宇宙が存在する」というマルチバースの考えが生まれたのだろうか？

インフレーションが作りだした現在の宇宙

　現在、主流となっている現代宇宙論では、宇宙はおよそ１３８億年前に、何もない“無”の状態から生まれたと考えられている。
　誕生直後の極小の宇宙では、物質を構成する最小単位である素粒子に働く４つの基本相互作用（電磁力、弱い力、強い力、重力）は、まだ分離しておらず、一体化したひとつの力だった。
　宇宙誕生後10の-43乗〜10の-36乗秒までの間に４つの力は分離し、10の-36乗〜10の-34乗秒後の間に、光よりも速い速度で指数関数的に膨張した。この急激な膨張を「宇宙のインフレーション」と呼ぶ。
　インフレーションは、宇宙誕生時に高いエネルギーを持っていた真空のエネルギー（ 偽の真空）が、低いエネルギーへと相転移する際に、互いに反発する力（斥力）が働いたために起きたと考えられている。
　相転移とは、たとえば氷が水に変化するように、物質の状態（相）が変化することをいう。真空のエネルギーは、常に低いエネルギーの状態になろうとする性質を持っている。そして、真空のエネルギーが熱エネルギーに変換したこの瞬間、つまり相転移の瞬間がビッグバンだ。
　インフレーションが起きた時点では、宇宙は超高温・超高圧の状態であり、光すら直進することはできなかった。インフレーションを経て膨張を続けた宇宙が冷えて、（現在のように）光が直進できるようになったのは、誕生から38万〜40万年たったころであり、これを「宇宙の晴れ上がり」という。
　このときの光が、現在観測されている「宇宙背景放射（ＣＭＢ）」だ。インフレーションの際に起きた時空の揺らぎによる重力波が、宇宙背景放射のパターンに現れているとされている。
　現在の宇宙は、太陽系のような恒星系が集まった銀河、銀河が複数集まった銀河団、さらに複数の銀河団によって構成される超銀河団、そして超銀河団が「銀河フィラメント」と呼ばれる集団を形成している。
　銀河フィラメント間には光のない空洞（ボイド）があり、宇宙全体を見渡すと、まるで石けんの泡が重なったような構造になっている。これを「宇宙の大規模構造」といい、インフレーションの際に生じた物質の揺らぎが、この構造を作りだしたと考えられている。

宇宙は無数の泡のように永遠に生まれつづける？

　これが、ビッグバン宇宙論とインフレーション理論を基にした一般的な宇宙論だが、この理論を補完するために、さまざまな仮説が立てられている。そのひとつに「マルチバース理論」とも呼ばれる「泡宇宙モデル」がある。
　泡宇宙モデルは、沸騰したお湯にたとえられる。鍋やヤカンで湯を沸かすと、お湯の中に気泡が生まれる。気泡は一瞬で大きくなるが、沸騰しつづける限り、気泡は生まれつづける。このようにして生まれるひとつひとつの気泡が、新しい宇宙（ポケット宇宙という）であり、気泡の膨張がインフレーションに相当する。われわれの住むこの宇宙も、ポケット宇宙のひとつというわけだ。
　泡宇宙モデルではインフレーションは続いており（永遠のインフレーション）、新たな宇宙が誕生しつづけていることになる。その中には、われわれの宇宙に似た宇宙もあれば、物理法則などがまったく異なる宇宙があるかもしれない。
　あまりにも壮大すぎて、にわかには信じられない仮説だが、実際にマルチバースが存在する証拠と考えられるものもある。それが真空のエネルギー密度の理論値と観測値のギャップだ。
　真空のエネルギーは最も小さい位置で安定するため、その値は「０」であるとかつては考えられていた。しかし、１９９８年に宇宙の膨張が加速していることが明らかになり、その値が量子力学の手法によって推算された。
　理論的に導きだされた真空のエネルギーは、およそ10の90乗ｇ／㎤という値だが、奇妙なことに、実際の観測値から得られる真空のエネルギー密度は、理論的に導きだされた数値より１２０桁も小さいものだった。その後も研究は進められたが、どのような理論でも理論値と観測値のギャップを埋めることはできなかった。

（文＝水野寛之）

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