したがって、拡大し続ける宇宙の海での因果関係によって統合されていない、一連の独立した宇宙を想像することができます。多元宇宙のアイデアは、量子宇宙における宇宙のインフレーションの理論を研究することから来ていますが、証明するのは難しいです。
ビッグバンに関する私たちのすべての知識にもかかわらず、最大の科学的謎の1つは、私たちが観察する特性を正確に備えた宇宙の外観の問題のままです。私たちは、現代の宇宙が、より熱く、より密度が高く、より均質な状態からどのように進化したかを理解しています。私たちは、この状態が宇宙のインフレーションの初期の期間からどのように生じたかを理解しています。しかし、十分に時間を遡ると、ある時点で、その時点で存在していたプロパティを測定したり、初期のプロセスの痕跡を見つけたりすることができなくなります。方程式と仮定だけが残っています。そして、それらの非常に早い時期の理論的研究に基づいて現れた予測の1つは、私たちの宇宙は単一を構成する多くの宇宙の1つにすぎないということです。 多元宇宙。しかし、質量とエネルギーは多元宇宙のためにどこから来るのでしょうか？これは読者が求めているものです：
多元宇宙の質量を説明する方法がわかりません。それが絶えず新しい宇宙に分裂している場合、エネルギー保存の法則はどのように機能しますか？重力が負のエネルギーだからですか？膨張が新しいエネルギーを生み出すからですか？いくつかの基本的なものが欠けていると確信していますが...これほど多くの宇宙に十分な質量をどこで得ることができますか？
これは非常に深い質問であり、それに対する最良の答えは驚きに満ちています。
多くの可能なタイプの宇宙が多元宇宙に現れる可能性があります。それらのいくつかは私たちのような生活に適していますが、そうでないものもあります。膨張宇宙の文脈では、多元宇宙の存在は避けられませんが、エネルギーの観点からそれを理解することは困難です。
ほとんどの人は、多元宇宙について考えるとき、しばらく前に出現した膨大な数の（おそらく無限の）宇宙を想像します。私たちの宇宙は、その中の1つにすぎません。さらに、私たち自身は私たちの宇宙のごく一部しか観測することができません。宇宙の観測可能な部分は、私たちの場所からすべての方向に460億光年伸びています。
私たちが見ているものの境界では、私たちは何も異常に気づいていません。しかし、それは限られた光速と私たちの宇宙のビッグバンから経過した時間のために存在します。したがって、私たちの宇宙が私たちが見ているものを超えてどこまで広がっているかを正確に言うことはできません。それは、計り知れない巨大な距離を超えてさらに続く可能性があり、すべての方向で無限になる可能性さえあります。しかし、それは限られていることが判明するかもしれません、ちょうどこの境界は私たちの宇宙の地平線の限界を超えています。どれだけ待っても、研究に利用できるスペースは常に限られています。
. , – . «» . 46 .
幸いなことに、私たちが見ることができるものを研究することによって、私たちは利用可能なものの境界を超えて何があるかを想像することができます。宇宙は膨張しており、宇宙を通過するすべての信号は光速によって制限されていますが、私たちが利用できるいくつかの興味深い「マイルストーン」があり、私たちから一定の距離にあるものを示唆しています。私たちはビッグバンから138億年後の現在に存在しています。私たちは70km / s / Mpcのオーダーの測定可能な速度で膨張する宇宙に住んでいます。つまり、私たちを別のオブジェクトから分離する各メガパーセク（約326万光年）は、平均して、私たちと比較してその速度に約70 km / sを追加します。
宇宙のエネルギッシュな内容について私たちが知っているすべてを考えると、これらの宇宙の限界について多くを語ることができます。つまり、-68％の暗黒エネルギー、27％の暗黒物質、4.9％の通常の物質、0.1％のニュートリノ、0.01％の光子（つまり、光）です。
- 今日、光速で銀河に飛んでも、180億光年以上離れた銀河に到達することはできません。
- ビッグバンの光は、今日私たちから460億光年離れた場所にある物体に到達します。これは、138億年前の地点からこの光が発せられているのと同じです。
- 今日、私たちから610億光年の距離にある物体は私たちには見えませんが、そこからの光が私たちに届くと、私たちが観察する最も遠い物体になります。
() () . , 13,8 , , , 46 – , . , 61 . , 135% .
これらは私たちが観察する宇宙だけの境界です。同じビッグバンの後、その残りの観察できない部分がどこまで伸びているかはわかりません。しかし、もちろん、私たちはそれに制限を課すことができます。宇宙が何らかの形で閉じられている場合（ループの形で、または他の方法で繰り返されている場合）、この繰り返しの規模は、今日見られる部分よりも大きくなります。それが閉じていない場合、空間の曲率の制限（そしてそれは宇宙のエネルギー密度の約0.002％未満でなければなりません）は、宇宙が私たちが見る部分より少なくとも400倍大きい距離で伸びるべきであることを示唆していますすべての方向に。つまり、その体積は、私たちが観測する宇宙の体積の少なくとも6400万倍でなければなりません。そして、原則として、宇宙は一般に無限大である可能性があります。
しかし、私たちの宇宙がどれほど巨大であっても、これはそれがそれほど孤独であるという意味ではありません。それが無限であっても、他にもあるかもしれません-無限には異なる力があることを忘れないでください 。
この場合の主なことは、多元宇宙の物理的なアイデアがどこから来たのかを理解することです。宇宙のインフレーションの考えを真剣に受け止めたときに現れます。そしてこれは、これまでで最高の理論とメカニズムであり、ビッグバンの前に何が起こったのか、すべてがどのようにビッグバンにつながり、それを生み出したのかを説明しています。
インフレーション中に現れる量子ゆらぎは宇宙全体に広がり、インフレーションの終わりには物質の密度のゆらぎになります。時間が経つにつれて、これは大規模な構造の出現、およびで観察される温度変動につながります . .
今日の観測に基づいて、ビッグバンの初めに起こったプロセスを過去にさかのぼって推定しようとすると、いくつかの不思議な現象に遭遇します。宇宙のどの方向でも、平均して同じ物質密度と温度が保たれていることがわかります。同時に、互いに離れた宇宙の反対側の部分には、既知の歴史全体の情報を交換する時間がありませんでした。総エネルギー密度と元の膨張率は、ホットビッグバンの開始時から小数点以下25桁以内まで同じであるはずでしたが、これはビッグバンでは説明できません。初期の宇宙の高エネルギーの痕跡は見られません。その存在は、その発達の初期段階で無限に高い温度と密度が観察された場合に予想される可能性があります。
これはどのように可能ですか？したがって、宇宙のインフレーションのアイデアが生まれます：おそらくビッグバンに先立つ宇宙の歴史の段階がありました。この段階では、宇宙は今日のように粒子、反粒子、放射線、その他の量子化形態のエネルギーで満たされていませんでした。それは、暗黒エネルギーを彷彿とさせるある種のエネルギー、つまり時空自体に固有のエネルギーで満たされていました。この状態では、宇宙は指数関数的に絶え間なく拡大しています。そして、この膨張が止まったときだけ、エネルギーは粒子、反粒子、そして放射線に変わります-ビッグバンが起こります。
, . , , - . , (), ( ), - ().
これは、今日の宇宙論の最大のアイデアの1つであり、私たちが観察する現象の説明と、後でテストできる新しい現象の予測の両方で最も成功したものの1つです。宇宙は、かつては単一の領域に属していた空間の一部から出現し、インフレーションによって巨大なサイズに引き伸ばされたため、すべての方向で同じ特性を持っています。エネルギー密度と空間曲率の間にはバランスがあります。これは、これらのプロパティがインフレーションのダイナミクスによって決定され、バランスが取れているためです。そして、宇宙が恣意的に高温に達することは決してなかったので、高エネルギーの遺物は残っていませんでした-それらはインフレーションのエネルギースケールによって制限されていました。
インフレが場の量子論である場合、それは量子ゆらぎの影響を受けなければなりません。そして、宇宙では（おそらく）すべてが本質的に基本的に量子であることを考えると、それは必然的にそのような分野でした。エネルギーの変動は、銀河が作られる密度の高い領域と、密度の低い領域を作成し、それが宇宙のボイドに変わり ます。インフレーションは、非常に平らな丘の頂上から底に向かって転がるボールと考えることができます。量子ゆらぎから、インフレーションが他の場所よりも早く終了するインフレーション宇宙の「ポケット」の存在が続きます。そして、今日インフレが終わっていない場所もあるに違いありません。
上：ボールが下に転がると膨張が終了します。
: , .
: (, , ) , (, ) – , .
インフレが終わると、ビッグバンが熱くなり、私たちのような宇宙に新たなチャンスが訪れます。いつどこで発生するかは問題ではなく、周辺地域でインフレが続くかどうかも問題ではありません。理論上でさえ、私たちはこれらの宇宙の多くについてあまり知りません。しかし、インフレーション理論が正しく、物理法則がインフレーション中に機能し続ける場合、これらの宇宙の存在は避けられません。これは、多元宇宙のアイデアが由来するところです-哲学、量子力学の解釈、またはインフレ前の宇宙への言及なしに、純粋に物理的な観点から。
これは、宇宙のアイデアが何もないところから生まれた場所です。 「何もない」とは、インフレーション中に現れた空の空間を意味する場合、それは私たちのような宇宙だけでなく、他の膨大な数の（そしておそらく無限の）独立した宇宙も生み出します。それらのそれぞれは、それ自身の粒子、反粒子、放射線および他の許可された形のエネルギーで満たされます。
しかし、この素晴らしい話にもかかわらず、あなたはまだ質問について心配しているかもしれません-これらすべてのエネルギーはどこから来ているのですか？
, , . , , . , , , . .
これは、プロセスが私たちの直感と矛盾し始めるポイントです。もちろん、あなたはエネルギー保存の法則について聞いたことがあるでしょう-エネルギーは作成も破壊もできず、ある形式から別の形式にしか渡せないということです。これは、宇宙のあらゆるイベントに当てはまります。相互作用、変換、または特定の場所で特定の瞬間に発生する物理現象の前です。このようなイベントは、2つの粒子の衝突、表面への光の衝突、1か所での2人の観測者の会合などです。私たちが知る限り、これまで宇宙で起こったすべての出来事において、エネルギーは節約されてきました。
しかし、宇宙全体で、そしてすべての時空で、エネルギーは常に保存されているわけではなく、正確に決定されているわけでもありません。エネルギーは静的時空で明確に定義できます-ある瞬間から別の瞬間に変化することはありません。そのような空間の例は、ブラックホールの近くです。ブラックホールがその質量を変えるまで、その特性は変わりません。ただし、拡大または縮小する宇宙は時間とともに変化します。空間の成長に伴い、さまざまなコンポーネントのエネルギーがさまざまな方法で変化し、定量的な決定に屈します。
膨張する宇宙の物質とエネルギーの密度がその体積の増加によって減少する場合、ダークエネルギーは宇宙自体に固有のエネルギーの一種です。膨張する宇宙では、ダークエネルギーの密度を一定に保ちながら、新しい空間が作成されます。
通常の物質と暗黒物質はどちらも粒子で構成されています-それらは特定の質量を持ち、特定の体積を占めます。宇宙の膨張に伴い、粒子の数は変化しませんが、体積は増加しますが、総エネルギーは一定のままです。
放射線の振る舞いは異なります。光波のエネルギーはその長さによって決まります。長さが短いほどエネルギーが高くなり、逆もまた同様です。宇宙の膨張に伴い、放射量子の数は変化しませんが、波長が伸びるため、各量子はそのエネルギーを失います。時間の経過と体積の増加に伴い、総エネルギーは減少します。
ダークエネルギーも独自の方法で動作します。これはまさに宇宙の構造に内在するエネルギーです。今日のその価値は非常に小さいですが、インフレの間、それは巨大でした。空間の膨張に伴い、エネルギー密度は変化しませんが、体積は増加します。宇宙の総エネルギーは、エネルギー密度と体積の積と見なされるため、時間の経過とともに増加します。
私たちは、さまざまな物体の内部に陽圧をかけることに慣れています。この場合のダークエネルギーは、その圧力が負であるため直感に反しますが、同時に空間の構造を拡大させます。
多くの人はこれを嫌いますが、実際、時間とともに空間が拡大または縮小する宇宙では、エネルギーが保存されておらず、正確に決定されていません。宇宙の一部を分離し、その境界内でエネルギーを保存することを要求するエネルギーのグローバルな定義を仮定することによって、それを持続させることができます。これは、別の定義を導入することによってのみ行うことができます-宇宙が拡大するにつれてあなたが描いた境界を越えて行われる作業。放射線はエネルギーを失うことによって前向きな働きをします。ダークエネルギー（インフレのエネルギー）は否定的な働きをし、全体的なエネルギーを増加させます。
その魅力のすべてのために、このアプローチは信頼できるとは言えません。省エネの必要性についての私たちの考えを満たすためにのみ、私たちは自発的な決定によってそれを選ぶことができます。しかし実際には、保存則は宇宙の特定の場所でのみ機能し、膨張する宇宙全体では機能しません。あなたはこの表現を聞いたことがあるかもしれません：無料の昼食はありません。それは地球では起こらないかもしれませんが、これは膨張する宇宙には当てはまりません。インフレと多元宇宙についての考えが正しければ、おそらく宇宙全体が巨大な無料の昼食です。私たちの困難な時代には、少なくともこの事実に感謝することができます。