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宇宙は無から始まったのか。 宇宙の始まりとは

 

質問ですが、『無』とはなんでしょう?

なにも無い空間…

果たして本当にそんなものが存在するのだろうか。

 

宇宙を思い浮かべた方もいると思います。

ですが、宇宙空間にはご存知の通り惑星などがあります。ほかにも暗黒物質というものがあると考えられています。

 

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暗黒物質とは、天文学的現象を説明するために考えだされた「質量は持つが、光学的に直接観測できない」とされる、仮説上の物質である。"銀河系内に遍く存在する"、"物質とはほとんど相互作用しない"などといった想定がされており、間接的にその存在を示唆する観測事実は増えているものの、その正体は未だ不明である。

 

 

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では、本題の宇宙が無なのかを考察していきましょう。

宇宙は『ビックバン』によって誕生したという説は宇宙誕生に関するさまざまな説の中でもっとも有力視されています。

しかし、このビックバン理論でも解決できない疑問があります。それが『なぜ宇宙は生まれたのか』という謎です。

『宇宙は神様が作ったんだ!』としかいえないのでしょうか?

こんな疑問に立ち向かった方がいました。ウクライナ生まれの物理学者のビレンキンです。ビレンキンが唱えた仮説をご紹介します。

ビックバン理論は、一般相対性理論ハップルによる(宇宙は膨張している)という観測事実、宇宙背景放射の観測事実などをもとに裏付けられた理論です。

しかし、ビックバン理論は宇宙の謎を全て解いたわけではありません。ビックバン理論では宇宙は火の玉から始まったとしていますが、この火の玉がどこから生まれたのかについては説明できていないのです。

 

1983年、ウクライナビレンキン

『宇宙は物質も空間も時間もない無の状態から生まれた』

という『ビレンキン仮説』を発表したのです。

そして同じ頃、車椅子の物理学者として有名なホーキング氏が『無から宇宙が生まれた際、宇宙は虚数の時間を通ってきた』という『無境界仮説』を発表しました。

 

この2つの理論はどちらも(宇宙は全くの無から生まれた)ということを示しています。

無から有が生まれたという仮説ですが、

そんなことがあり得るのでしょうか。

 

ホーキング氏が唱える『虚数の時間』とはなんなのでしょうか?

虚数とは

虚数とは、実数ではない複素数のことである。ただし、しばしば「虚数」と訳される英語の "imaginary number" は、「2乗した値がゼロを超えない実数になる複素数」として定義される場合がある。iまたはjで表される虚数単位は代表的な虚数の例である。 1572年にラファエル・ボンベリは虚数を定義した。

Wikipedia

※高校で習います。

 

無の状態とは?

 

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『無』といわれると、全く何もない状態を想像しがちですが、実は量子論の世界では『無』という概念はありません。

物理的に『全く何も存在しない状態』はありえないとされています。訳がわからないかもしれません。

例えば真空中は何もないと思われがちですが、実は電子と陽電子が一瞬で打ち消しあってるから何もないように見えるだけなのです。

量子論では全く無という空間でも、同じようなことが起こっていると考えられています。

こう考えると、何らかのタイミングで無から有が生み出される事は想像できませんね。

 

ビレンキンは自身の説を量子論の無の概念に加え

トンネル効果』というもので説明しています。

 

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トンネル効果とは簡単に説明すると、ミクロの世界ではエネルギーが揺らいでいるため本来のエネルギーでは不可能なことが起こるというものです。

 

不可能なこととは、

例えば壁に向かって投げたボールが壁をすり抜けるといったことです。

もちろん実際にボールが壁をすり抜けることなんてありませんが、素粒子レベルの世界では、こういった現象が起こると考えられています。

つまり、マクロの世界での常識が通用しないのです。

ビレンキンは宇宙もこのトンネル効果により、無の状態から生まれたものだと説明したのです。

 

 

宇宙は虚数時間において生まれた

 

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一方ホーキング氏は、宇宙は虚数時間において生まれたと主張しています。この虚数の時間は、もともとはトンネル効果が起こる確率を計算するために用いられていたものです。ホーキング氏はこれを宇宙の始まりにも当てはめてみました。

ホーキング氏は実際に虚数の時間はあるとしています。そして虚数の時間の無のゆらぎの中から宇宙の種のようなものが生まれ、トンネル効果によって実数の時間になったとき宇宙はある程度の大きさとして誕生したとしています。

 

ホーキング氏もビレンキン氏も宇宙は無から始まったとしていますが、無であったという根拠はあるのでしょうか?

これはそう考えないと辻褄が合わないからということなのだそう。ビックバン理論に関しては観測による根拠を積み上げることができましたが、ビックバン以前のことについて今のところ観測による根拠を得ることはできないため、ビレンキン氏の説もホーキング氏の説も推測の域は出ません。

 

 

 

記事を読んでいただきありがとうございます。

今回は複雑で理解しにくい内容でしたが、宇宙の始まりについて考える良い機会になったと思います。

量子論量子力学)は本当に理解が難しいですが、面白い学問なので是非調べてみてください。