「我々の住む宇宙の他にも宇宙は存在するのでしょうか？」ブライアンは語りかける。ここでは、200万ビューを超える Brian Greene のTED講演を訳し、物理学上の未知の問題から多元宇宙の可能性について理解する。
要約
我々の住む宇宙の他にも宇宙は存在するのでしょうか？映像を交えたスリルのある話し方で、ブライアン･グリーンが 物理学上の未知の問題（何がビッグバンを起こしたかを始めとする数々の問題）を考えることが 多元宇宙の可能性につながることを示唆します。
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe.
１ たくさんの宇宙が入り混じった「多元宇宙」という可能性
数ヶ月前 ノーベル物理学賞が 二つの天文学者のチームに授与されました。天体観測史上最大とも言われる発見が 受賞に値すると認められたのです。今日はこの発見を簡単に紹介し この発見の解釈に用いられる賛否の分かれる枠組みを紹介します。この枠組とは 地球､銀河系､その他の銀河のはるか向こうでは 我々の宇宙はひとつではなく たくさんの宇宙が入り混じった 「多元宇宙」というものの一部であるという可能性です。
２ ほとんどの人は「宇宙」とは全てを意味すると信じてきた
多元宇宙といわれてもピンときません。殆どの人は「宇宙」とは全てを意味すると信じて育ってきました。「殆どの人は」と断ったのはこんな事があったからです。4歳の娘はこの様な考えを 聞きながら育ってきました。去年のことです。そんな娘にこう語り掛けました 「ソフィア､宇宙で 一番好きだよ」すると こんな答えが返ってきました「パパ､宇宙それとも多元宇宙？」（笑）
３ 多元宇宙の話は3部に分けて話す
例え このような変わった環境に育っても 我々と違う世界を想像するのは難しいものです。違った機能や特性を持った全く別の宇宙です。しかしこのアイデアが全くの仮説であっても、真剣に考える理由があることを解って頂きたいのです。これが真実かもしれません。多元宇宙の話は３部に分けてお話します。第１部では ノーベル賞受賞の観測結果と、それによってもたらされた重要な謎についてお話します。第２部ではその謎を解き明かす仮説を紹介します。ここで多元宇宙のアイデアが登場します。そして最後の第３部で インフレーションと言う 宇宙理論についてお話します。これはバラバラな話を まとめるものです。
４ 宇宙が膨張しているというノーベル賞受賞の観測結果
第１部は1929 年に始まります。偉大な天文学者エドウィン・ハッブルが 遥か彼方にある銀河が 我々からどんどん遠ざかっているのに気付き、宇宙がだんだんと大きくなり 膨張している事実を確立しました。これには皆 びっくりしました。それまでの通常の考えでは 宇宙は不変であるというものでした。しかし 膨張が正しいにせよ 少なくとも膨張の速度は衰えているはずです。地球の重力によって投げ上げたリンゴの上昇が次第に遅くなるように 銀河同士の重力が お互いに作用しあって膨張の速度を衰えさせているはずです。
５ 膨張は次第に加速していることが解った
ここで歴史を1990年に進めましょう。冒頭でお話した二つの天文学者のチームが この考えに興味を持ち 膨張の減速の度合いを測ることにしました。彼らは入念に遠く離れた銀河の位置を測り それをチャートにして 長い年月の間に膨張の速度がどのように変化したか分析しました。すると 思いがけない結果が出ました。膨張は次第に衰えているどころか 次第に加速している事が解ったのです。投げ上げたリンゴが 上に行くに従って速度を増すようなものです。そんなリンゴを見たら なにが起こっているのか知りたくなります。どんな力が働いているのだろう？
６ 一般相対性理論によると重力が物を押し離すこともある
同様に このノーベル賞受賞の素晴らしい発見にも 似たような疑問が起こりました。銀河同士を加速的に引き離すには どんな力が働いているのだろう？ 答えとして最も可能性のあるのが 古いアインシュタインのアイデアです。物を引き付け合う力だと思いますが アインシュタインの一般相対性理論によると 重力が物を押し離すこともあるのです。
７ ダークエネルギーの反発性の重力が膨張を加速させている
どうやって？アインシュタインの計算では もし宇宙が均一で見えない霧のようなエネルギーで 満たされているとすると その霧の生む重力は 物を押し離す反発性の重力になります。これは観測にうまく当てはまります。この宇宙の見えないエネルギーは現在 ダークエネルギーと呼ばれ 見やすいよう 白い煙状になっていますが このエネルギーの反発性の重力が 銀河同士を押し離しあって膨張を加速させているのです。減速ではありません。この説明はかなりの進歩です。
８ 膨張の加速が起こる条件は、物理法則から導けられていない
でもこの第１部には謎があるとお約束しました。それは次のようなものです。宇宙にダークエネルギーがどのくらいあれば 膨張の加速が起こるか天文学者が計算したところ この様な答えが出ました。とても小さな数字です。ここで適切な単位を使うと驚くほど小さな数値です。「謎」はこの値の意味です。物理の法則から この数値を導ければ良いのですが まだ誰も 成功していません。
９ 些細なことが未知の真実への扉を開けることもある
皆さんこう思うかもしれまん 気にする必要あるの？ この数字の説明なんて技術的な問題で 専門家には興味がある詳細だけれど 普通の人には関係ないことだろうと。確かに技術的に些細な事ですが こういうことが大切な事もあるのです。些細な事が未知の真実への 扉を開ける事もあります。この数字がその鍵かもしれません。なぜかと言うと これを説明しようとすると 他の宇宙の存在の可能性が生じるからです。これは弦理論から来る考えですので ここで第２部：弦理論に移ります。
10 ひも理論とは宇宙のシンフォニーのこと
ダークエネルギーの謎についには ちょっと頭の片隅に置いておいてください。弦理論について三つ大切な事をお話します。まず 弦理論とは何でしょう？ これはアインシュタインの夢見た 統一論を実現する試みです。宇宙の全ての力をこれ一つで説明しようとする フレームワークです。弦理論の中心になる考えはごくシンプルなものです。ものを細かく見てみると 見えるのはまず分子であり それから 原子や素粒子が観測できます。理論では そこから更に中を見られるとすると 現在の技術で観察できるより小さいスケールでは これらの粒子の中に何かがあります。小さな振動するエネルギーの糸 小さな振動するひもです。バイオリンの弦は様々なパターンで振動し 様々な音色を奏でます。これらの基本的なひもは様々なパターンで振動し 様々な種類の粒子となります。電子やクオーク､ニュートリノ､光子など 様々な粒子は皆ひもの振動から生じるものとして ひとつの枠組みにまとめられます。説得力のある見方です。宇宙のシンフォニー。我々のまわりにある全ての様々な物が この小さなひもの奏でる音楽により生まれるのです。
11 様々な次元の形がひもの振動の仕方を決める
しかしこのエレガントな統一化には代償があります。過去何年もの研究で 弦理論には数学的に問題があるのが解っています。数学的な矛盾を取り除くためには 我々に馴染みの無い余剰次元を加えなければならないのです。我々の慣れ親しんでいるのは3次元の空間です。これらは高さ 幅 奥行きで表されます。でも弦理論ではごく小さなスケールに 更に もっと沢山 次元が存在します。小さく巻き上がっていて 我々が見る事はできません。しかしこれらの次元が目に見えなくても 我々の見えるものに大きな影響を与えます。なぜなら様々な次元の形が ひもの振動の仕方を決めるからです。弦理論では振動で全てが決まります。粒子の質量､力の強さ そして 何よりもダークエネルギーの量が これらの次元の形によって決定されます。もし これら余剰次元の形が解れば これらの特徴を計算でき ダークエネルギーの量も計算できるはずです。
12 問題はこれら余剰次元の形がわからないこと
問題はこれら余剰次元の形がわからないと言う事です。数学によって適切とされる いくつかの候補となる形があるだけです。研究の初期の段階では 候補になる形は５つほどでした。それをひとつひとつ見て 実際に私達の観測できる 物理的なものに あてはまるか判断する事ができそうです。しかし時間が経つにつれ 候補になる形が増えました。５つだったものが何百にも何千にもなったのです。大きな数ですがまだどうにか分析できそうです。こういうことは大学院生の仕事です。しかしさらにその数は更に増え続け 何百万､何十億となり 現在その数は10の500乗にもなりました。
13 多くの宇宙がそれぞれ違う形でそれぞれの余剰次元にある
どうすればよいのでしょう？ あきらめる研究者もでてきました。余剰次元の形の候補がこんなにもたくさんあって それそれが違う物理的特徴を持っているのでは弦理論で検証可能な予測をすることは不可能だと結論を出したのでした。しかし中にはこれを利用して 多元宇宙の可能性を追求したのです。簡単に説明するとこうなります。これらの形はすべて対等で どれが本物と言うものではありません。沢山の宇宙がそれぞれ違う形でそれぞれの余剰次元にあるわけです。余剰次元において それぞれ形の違う沢山の宇宙があるわけです。これはとても急進的な発想で 我々の謎に大きな影響を与えます。ノーベル賞受賞の観測がもたらしたダークエネルギーの量の謎にです。
14 我々はなぜこの宇宙に住んでいるのか
たとえば もし他に幾つもの宇宙があって それぞれの宇宙の余剰次元が違う形だとすると それぞれの宇宙の特徴が違ってきます。特にそれぞれの宇宙にあるダークエネルギーの量も違うわけです。そうだとすると我々の測った あのダークエネルギーの量を 説明する意味が全く変わってきます。このシナリオでは ひとつの数字でダークエネルギーを説明する事は出来ないわけです。なぜなら 一つでなく沢山の数があるからです。ということは我々の質問自体間違っていたことになります。正しい質問は なぜ我々が丁度この測定した量の ダークエネルギーがある宇宙に住み 他にいろいろ存在しうる宇宙に住んでいないのかということです。
15 ダークエネルギーは多くても少なくても生物は住めない
これこそ答えを探す事ができる質問です。なぜなら ダークエネルギーの多い宇宙は 物質が固まって銀河になろうとすると ダークエネルギーの反発力が強すぎで 塊が爆発してしまい 銀河が創生されないからです。反対にダークエネルギーの少ない宇宙では 宇宙そのものが収縮してしまい 銀河が作られません。銀河が無ければ 星も無いし惑星もありません。もちろん我々のような生物も そういう宇宙にはいないということです。
16 多元宇宙が答え
私たちが あの特定の量のダークエネルギーを持つ宇宙にいるのは この宇宙の条件が 我々のような生命に適しているからです。それだけです。謎は解決です。多元宇宙が答えです。しかしこのような説明が気に入らない人もいるでしょう。我々の考える物理学と言うものは 観察事実にきちんとした説明を与えるものです。しかし観察している物が いろいろな所に存在する現実によって異なった値を持つとしたら その値であるべき理由を探そうとするのは間違いなのです。
17 なぜ地球から太陽までの距離が1億5千万kmなのか
以前にも同じような事がありました。偉大な天文学者のヨハネス・ケプラーは 別のある数字の虜になっていました。なぜ地球から太陽までの距離が１億５千万km なのかということです。何十年もこの数字の意味を解ろうとしましたが 成功しませんでした。ケプラーは間違った質問の答えを探していたからです。
18 この距離が我々のような生命体にとって不可欠な条件を作り出すから
現在 いろいろな惑星が いろいろな距離で星の周りをまわっていることが解っています 物理学の法則を使って１億５千万km という特定の数字を説明しようということ自体が間違っています。この場合 正しい質問は なぜ人類が太陽からこの距離にある惑星に 住む事になったのか 他の可能性に対してです。我々はこのような質問には答える事ができます。太陽のような恒星にずっと近い惑星は 温度が高すぎて 我々のような生命は存在できません。そして恒星からずっと遠い惑星は 温度が低すぎて これもまた 我々のような生命は生きられないのです。つまり我々が太陽からこの特定の距離に 住んでいる理由はこの距離が 我々のような生命体にとって不可欠な 条件を作り出すからです。惑星とその距離については これが正しい考え方なのです。要するに 宇宙とそこにあるダークエネルギーを考えるとき この様な考え方があてはまるかもしれません。
19 他の宇宙を生み出すメカニズム
もちろん大きな違いは 他の惑星の存在はわかっていますが 現時点で 他の宇宙の存在は仮説に過ぎないと言う事です。これをまとめるには他の宇宙を生み出すメカニズムが必要です。それがこの最後の第3部に結びつきます。この様なメカニズムはビッグバンを研究する宇宙学者によって見出されています。ビッグバンというと目に浮かぶのは 宇宙の爆発が宇宙を作り出し その空間が外に向かって広がって行く光景です。
20 私達の宇宙は多数の泡の集った多元宇宙の1つの泡に過ぎない
でもここで あまり知られていない事があります。ビッグバンはとても大切な物を忘れています 「バン」（爆発）の部分です。爆発の後どのように宇宙が成長したかは説明されているのですが 爆発の元となった力については何も説明がありません。このギャップを埋めたのが 改良されたビッグバン理論です。インフレーション宇宙論と呼ばれ 宇宙空間の外への膨張に必要な 燃料は何かを特定しました。燃料は量子場に基づく物ですが ここで大切なのは この燃料はとても効率が良く 使い果たしてしまう事がありえないということです。つまりインフレーション理論によれば ビッグバンが我々の宇宙を生み出すのは 一回とは限らないのです。この燃料は我々のビッグバンの他に 幾つものビッグバンを起こし その一つ一つが別々の宇宙を生成しました。私達の宇宙は多数の泡の集った多元宇宙の一つの泡に過ぎないのです。
21 この宇宙でのみ物理的な特徴が我々の存在に適している
これを弦理論と組み合わせるとこんな風になります。それぞれの宇宙に余剰次元があります。余剰次元はいろいろな形で 別の形は別の物理的特徴を生み出します。我々が他の宇宙でなくこの宇宙に存在するのは 単に この宇宙でのみ 例えばダークエネルギーの量などの物理的な特徴が 我々の存在に適しているからです。これが説得力があり また同時に議論も多い 宇宙の見方です。最新の観測や理論からこの見方が注目されるようになりました。
22 他の宇宙の存在を確認できるのか
残る疑問はもちろん 他の宇宙の存在を 確認する事は出来るのかということです。私はこの様な形で それが可能かもしれないと考えています。インフレーション理論は 既にそれを支持する観測結果があります。この理論が予測するのは ビッグバンがとても強く 宇宙がとても速く膨張した時 ミクロの世界で起こった量子学的な揺れが マクロの世界にも影響して 指紋のようなものを残したと言う事です。微妙に高温や低温な部分が 宇宙全体にあるパターンです これは性能の良い望遠鏡で観測されています。更に 他の宇宙があれば この理論によると 時には これらの宇宙が衝突するのです。もし我々の宇宙が別の宇宙と衝突したとすれば その衝突でうまれた宇宙に広がる 微妙な温度の変化を 見つける事ができる日がくるかもしれません。奇想天外に思える考えも 観測を通じて確立されたものになり 他の宇宙の存在を確固としたものにするかもしれません。
23 これらの考えが遠い未来に予測されること
まとめに これらの考えが 遠い未来に予測される事を お話したいと思います。我々は この宇宙が不変ではない事や 宇宙は膨張している事､ また その膨張が加速している事や 他の宇宙が存在するかもしれない事などを 遠く離れた銀河から来る かすかな星の光りを慎重に観測して学んできました。かすかな星の光りを慎重に観測して学んできました。しかし膨張が加速的に速まっているということは 遠い未来には これらの銀河は我々からどんどん遠くに離れていってしまい 観測できなくなってしまいます。望遠鏡の技術的な限界の問題ではなく物理学の理論上の問題です。これらの銀河が発する光りは最速といわれる光速で伝わってきても 常に伸び続ける距離を克服する事が出来ないからです。遠い将来の天文学者は深い宇宙を覗いてみても 永遠に広がる不変で真っ暗な 無の空間が見られるだけです。それを見て こんな結論をだすかもしれません。宇宙は不変であり 存在するのは真ん中にある自分たちの住むオアシスだけであると。我々から見れば確実に間違った見方です。
24 時に真実の本当の姿は地平線のすぐ向こうから手招きしている
将来の天文学者が 我々のような前時代からの 記録を受け継ぐかもしれません。銀河に満ちた宇宙が膨張しているというデータです。でも将来の天文学者はそんな太古の知識を信じるでしょうか？ それとも彼らはその時代にある 最新の技術で観測できる 真っ暗な不変な宇宙を信じるでしょうか？ たぶん後者ではないかと思います。という事は 我々がこの時代に生きているのはとても幸運だと言う事です。宇宙の深い真実が まだ人類に探索できるところにあるからです。いつまでもこの様なわけには行かないようです。今日の天文学者は強力な望遠鏡を天に向けて 極めて有用な情報を持つ僅かな量の光子を集めてきました。何十億年かけて届く電報みたいな物です その年月をかけて届いたメッセージははっきりしています。時に自然はその秘密を 解きがたい物理法則でしっかりと守っていますが 時に真実の本当の姿は 地平線のすぐむこうから手招きしているのです。ありがとうございました（拍手）
25 歴史的に見た現在の宇宙論の状況
クリス･アンダーソン: ありがとう。目がまわり 心をおどらせるとてつもないアイデアですね 歴史的に見て現在の宇宙論の置かれた状況をどう思いますか？今までになかった事が起きているのでしょうか？
BG: どうでしょう。観測のデータが将来 十分得られなくなるかもしれないと考えると 現在 既にそうではないかと疑問になります。宇宙の進化を考えると宇宙の彼方にある大切な情報が 既に我々の手の届かない所にあるのかもしれません。そうだとすると 我々の疑問を完全に理解する事は出来ないかもしれません。その一方 現在の知識で宇宙の年齢を理解できます。137.2 億年前から来る宇宙マイクロ波背景放射を分析して 計算で予測することが観測と一致します。本当にびっくりする事です。ですから すごく進歩してきたわけです。でも将来何に突き当たるかわかりません。CA: 数日この会場にいらっしゃいますね。是非いろいろお話を伺いたいものです。ありがとう ブライアン（BG: どういたしまして）（拍手）
最後に
ダークエネルギーは多くても少なくても生物は住めない。地球と太陽の距離が約1億5千万kmなのは、我々が生きるのにちょうどいい距離だから。いまこの宇宙の地球にいる奇跡。
和訳してくださった Akiko Hicks 氏、レビューしてくださった Kyizom Lily Yichen Shi 氏に感謝する（2012年2月）。
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