This is the Japanese translation of this site.
ブライアン・ミラー
2021/10/19 14:27
前回の記事では、宇宙物理学者のイーサン・シーゲルが、「永遠のカオス的インフレーション」と呼ばれる宇宙論的モデルに基づいて、宇宙に始まりがあることを否定する論議を提示したことを要約しました。結びに、スティーブン・メイヤーが『Return of the God Hypothesis』の中で、シーゲルの論議をどのように解体したかを説明しました。
ここでは、宇宙の始まりを避けようとするもう一つの必死の試みを取り上げます。これは宇宙物理学者のポール・サッターによるものです。彼はニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の高度計算科学研究所とニューヨーク市にあるフラットアイアン研究所の研究教授です。彼は最近、ウェブサイト「Live Science」に「What if the universe had no beginning?」という記事を掲載しました。サッターは、因果集合理論に基づく宇宙論モデルが、宇宙には始まりがなかったかもしれないことを示していると論じています。よく調べてみると、彼の論議も破綻しています。
因果集合宇宙論
因果集合宇宙論 (CSC) は、量子力学と一般相対性理論の統一 (量子重力) への因果集合理論 (CST) の応用を基礎としています。このアプローチでは、空間は連続的ではなく、プランク長 (10-35m) のオーダーの大きさを持つ離散的な粒で構成されていると仮定します。空間の粒は、因果集合の元の形式を取り、元の間の関係は、空間が時間が離散的に増大する際にどのように変化するかを表現しています。
因果集合は、アインシュタインの一般相対性理論の場の方程式の数学的関係によって記述される動力学を、一般相対性理論が破綻する量子領域でモデル化するものです。因果集合の枠組みは、ブラックホールから出現する宇宙という文脈で宇宙学者によって採用されてきました。この文脈は、宇宙が崩壊し、ビッグバン現象で跳ね返って膨張状態になったことに対応しています。
サッターの論議
サッターは、物理学者ブルーノ・ヴァレイショ・ベントとスタブ・ザレルによるCSCを用いたプレプリント論文「If time had no beginning」を参照しています。彼は彼らの研究を次のように要約しています。
この論文では、「因果集合のアプローチにおいて、始まりは存在しなければならないかどうか」を検討したとベントは述べている。「本来の因果集合の定式化と動力学では、古典的に言えば、因果集合は無から現在の宇宙へと成長する。代わりに我々の研究では、ビッグバンという始まりはない。因果集合は過去に向かって無限に続くので、常に前に何かがあるのだ」。
・・・彼らの研究は、宇宙には始まりがなく、単に常に存在していたかもしれないことを示唆している。私たちがビッグバンと認識しているものは、この常に存在する因果集合の進化における特定の瞬間に過ぎず、真の始まりではなかったのかもしれない。
空想と現実の混同
サッターは、ベントとザレルの論文が宇宙の始まりを示す証拠に対して信頼できる反論を提供していると主張しています。しかし、この主張は、想像の領域で可能なことにのみ基づいています。参照された論文は高度に理論的で、物理的な現実からはほぼ切り離された、完全に推測的な宇宙論的モデルです。この点についてはサッターも認めています。
しかし、やるべきことはまだ多く存在する。この始まりのない因果的アプローチにより、我々が共働する物理理論が、ビッグバン中の宇宙の複雑な進化を記述できるようになるかは、まだ明らかではない。
ベントとザレルの論文が宇宙の始まりに対する信頼できる反論を提示しているという彼の主張は、ジャーナリストが新しい見込みのあるロケット燃料を想像している科学者にインタビューしてから、NASAが冥王星に永続的なコロニーを設立できる方法をその科学者が実証したと主張するようなものです。このようなセンセーショナルな報道は、非常に無責任です。
振動モデルとエントロピー
また、仮にCSCの完成版がビッグバンを記述したとしても、宇宙の始まりを避けることはできません。CSCの支持者たちが想定できる振動宇宙では、ビッグバンの事象が因果集合の動力学に従って膨張段階へ移行しつつある収縮段階に相当します。このような場合、CSCは「バウンス」を記述するためにのみ必要になります。収縮も膨張も、振動宇宙の標準的な宇宙論モデルに従うことになります。スティーブン・メイヤーはその著書の中で、振動する宇宙にも絶対的な始まりが必要であることを説明しています。
具体的に言うとメイヤーは、宇宙学者のアラン・グースがエントロピーのために振動が無限に続くことはできないことをどのように実証したかを要約しています。
グースは、第二法則によれば、宇宙の物質やエネルギーのエントロピー (無秩序) は、各周期で時間とともに増加することを示した。しかし、エントロピー (質量エネルギーの乱雑分布) がそのように増加すると、各周期で仕事をするために利用できるエネルギーは減少する。そうなると、宇宙全体の質量エネルギー密度の不均質性が増大して、重力による収縮の効率が低下するため、膨張と収縮の周期がどんどん長くなってしまう。しかし、宇宙の時間が進むにつれて各周期の期間が必然的に長くなるのであれば、過去に遡れば各周期は次第に短くなっていくことになる。各周期の期間が無限に減少することはできないので、たとえ振動モデルであっても、宇宙には始まりがなければならない。
—『RETURN OF THE GOD HYPOTHESIS』、105ページ
