宇宙のインフレーション問題とその解決方法
量子重力理論はビッグバンの直後に何が起こったのかを解明できるでしょうか? グレムリン/ゲッティイメージズ 以下は私たちのものからの抜粋です 時空の中で失われた ニュースレター 毎月、世界中から集められた魅力的なアイデアを取り上げます。サインアップできます 時空の中で失われた ここ 宇宙のインフレーションが問題になっている。宇宙の最初の1秒のほんのわずかの間に、宇宙は約10倍に膨張したと一般に考えられています。30。そして、この指数関数的な成長は始まりと同じくらい早く止まりました。このアイデアが最初に提案されたのは、私たちが見ている大規模な宇宙構造、銀河、星の進化を巻き戻すと、あらゆる場所のすべてがビッグバンで始まったという結論に達するからです。インフレーションはビッグバン宇宙論のいくつかの問題を一度に解決しましたが、一部では依然として物議を醸しています。そして、非常に大きなものを支配する法則と非常に小さなものを支配する法則を結びつけようと研究している研究者にとって、おそらく現代の宇宙論における最大の問題は、何よりも大きな障害となるでしょう。 まず、良いニュースです。インフレーションは、宇宙がどのようにして非常に小さなものからはるかに大きなものになったかを説明するだけでなく、私が構造問題と呼ぶもの、つまり惑星よりも大きなものがどのように形成されたのかを説明します。インフレーションが起こる前は、宇宙は量子効果によるごくわずかな変化のみを除き、ほぼ均一であったと考えられます。インフレによってそれらの変動は吹き飛ばされ、新しい変動が導入され、重力によって物質が凝集し始め、銀河や星、そして現在私たちが宇宙で見ているすべてのものを形成するのに十分なほど重要なものになったでしょう。インフレがなければ、銀河や超銀河団のような巨大な構造はおろか、星も存在しないでしょう。 おそらく直観に反するかもしれませんが、宇宙全体が同じに見える理由もインフレーションによって説明されます。これは地平線問題と呼ばれます。反対の 2 つの方向を可能な限り遠くまで見ると、その景色は驚くほど似てきます。しかし、観測可能な宇宙の両端にある空間の 2 つの領域は、たとえ光を通してでも大きな相互作用をするには遠すぎるため、インフレーションがなければ、それらが同じである理由はありません。しかし、ビッグバン モデルにインフレーションを追加すると、宇宙のすべての領域が相互作用して平衡に達してから外側に突進するのに十分な期間にわたって一緒にいたと言えるでしょう。構造の問題と地平線の問題は表裏の関係にあります。インフレーションは、宇宙がなぜ厚いのか、そしてなぜ柔らかいのかを説明します。ビッグバン仮説には、インフレによって同様に埋められるギャップが他にもいくつかあります。簡単に言えば、宇宙がなぜそのように見えるのかを説明するのが非常に上手です。 しかし、それには批判的な意見もあり、理由がないわけではありません。まず、なぜインフレが起こるのかはよくわかりません。インフレーションを開始するには、宇宙は非常に特殊な初期条件を持たなければなりません。これは、宇宙学者がファインチューニング問題と呼ぶ問題につながります。なぜ宇宙がそのような初期条件を持つのか説明できないため、単に自然に最も適合する理論を見つけるのではなく、理論に一致するように数値を微調整しているように見え始めます。インフレ理論が微調整の問題を引き起こすかどうかについては研究者の意見が分かれているが、微調整は悪しき科学であるという点ではほぼ全員が同意している。どのような理論においても、その幽霊はあらゆる種類の物理学者を不安にさせるのに十分です。 したがって、インフレを開始するメカニズムを見つけるのは難しく、同様の理由で、インフレが始まったらそれを止めるメカニズムも同様です。もちろん、インフレにはさまざまなモデルがあり、それぞれの長所と短所の欄に証拠があります。宇宙論の他の謎を並行して考慮し始めると、事態はさらに複雑になります。 それらの最大のものは、（重力を媒介とする）非常に大きなものの物理学である一般相対性理論と、非常に小さなものの物理学である量子力学の間の関係です。これら 2 つは中間のどこかで一致して適合し、量子重力理論に統合できるはずですが、実際はそうではありません。 インフレーション時代とそれに先立つほんの一瞬は、極度に小さいものと極度に大きいものが結びついている場所であり、そこではすべてが非常に密集しているため、通常は弱い重力が異常に強力になり、すべてが非常に小さいため量子効果だらけになっている。量子重力にとって、インフレ時代は故郷と呼ぶのに最適な場所になります。 量子重力の成功したモデルは、現在の宇宙に対する相対性理論と量子力学の影響だけでなく、インフレーションがどのようにしてなぜ始まり、終わるのかも説明しなければなりません。問題について考えれば考えるほど、問題は複雑になっていきます。 インフレの解決 考えられる解決策の 1...