この動画では、宇宙の急速な膨張期である「インフレーション」理論の問題点と、それに対する画期的な新理論について解説している。従来のインフレーション理論は磁気単極子が観測されない理由を説明するために考案されたが、膨張の原因と終了理由という2つの大きな問題を抱えていた。新理論では、インフレーション場を必要とせず、巨大な宇宙定数による不安定な空間から全てを説明できるとしており、パラメータも1つだけで済むという利点がある。ただし重要な予測については言及されておらず、完全な解決策とは言えない状況である。
宇宙のインフレーション理論とその問題点
物理学者たちは、私たちの宇宙が信じられないほど急速な膨張の段階で始まったと考えています。この段階では宇宙が指数関数的に成長しました。このアイデアは「インフレーション」と呼ばれています。この理論には2つの大きな問題があります。第一に、何がその急速な膨張を引き起こしたのか、そして第二に、なぜそれが止まったのかという問題です。
先日発表された新しい論文で、物理学者のチームが、複数のニュース記事によれば、画期的で革命的な両方の問題の解決策を考え出したということです。私も読んでみましたが、嬉しい驚きを感じました。
インフレーション理論の奇妙な起源
インフレーションは、奇妙なことに、なぜ私たちが磁気単極子を見たことがないのかを説明するために発明されました。これを奇妙だと言うのは、もしかすると磁気単極子が存在しないからという理由かもしれないと思うかもしれないからです。でもそれでは簡単すぎました。宇宙の新しい段階とそれに付随する研究分野全体を発明する方がずっと良いのです。そうやってキャリアは作られるものです。
冗談はさておき、インフレーションは奇妙な動機を持っていましたが、天体物理学者たちはそれが他の問題も解決することに気づきました。その一つは、なぜ宇宙マイクロ波背景放射の温度が、私たちが見るあらゆる場所でほぼ正確に同じなのかを説明することです。宇宙マイクロ波背景放射は初期宇宙の高温プラズマから放射されたものだということを覚えておいてください。
インフレーションなしでは説明できない問題
インフレーションがなければ、正反対の方向の宇宙マイクロ波背景放射を生み出すプラズマの領域は、決して因果的接触をしていませんでした。それらが同じ温度を持つべき良い理由がないのです。インフレーションの問題は、宇宙が突然そのように膨張するわけではないということです。理由を考え出す必要があります。
インフレーションを機能させるために、物理学者たちはかつて宇宙が「インフレーション場」と呼ばれる場で満たされていたと仮定しました。この場がインフレーションを駆動しました。それはまた、小さなゆらぎを生成し、その後標準的な物質に崩壊したとされています。これらの小さなゆらぎは、その後物質のプラズマに刻印されます。
インフレーション理論の問題点
これはまず宇宙マイクロ波背景放射のパターンを作ります。そしてそのゆらぎは後に星や銀河、銀河団に成長します。問題は、そのようなインフレーションを発明して崩壊させる方法が非常に多くあることです。文字通り何百ものインフレーションモデルがあり、そのすべてに自由パラメータがあり、その多くは複数のパラメータを持っており、これらは任意の観測に合うように調整できます。
これにより理論は実用的な目的においては非予測的になります。これがおそらく、この理論にノーベル賞が与えられていない理由でしょう。新しい論文の著者たちは、今度はもっと良いことができると言っています。彼らは、インフレーション場のことは忘れて、そんなものは必要ないと言っています。私たちは単に、巨大な正の宇宙定数を持つ空間から始めるだけで、それがすでにこの急速な指数関数的膨張、つまりインフレーションを作るのです。しかし、これほど大きな定数があると、この空間は完全に安定ではありません。
新理論の提案
これは小さなゆらぎが成長することを意味します。そして最終的に指数関数的膨張は維持できなくなり、崩壊します。彼らは、これが起こると、インフレーションが終了し、残された宇宙定数は非常に小さくなると言っています。同時に、物質密度のゆらぎは空間のゆらぎから生まれるのです！だから、インフレーションは全く必要なく、重力がすべてを行います。
それはゆらぎを生成し、なぜインフレーションが終わるのかを説明します。これは非常に魅力的なアイデアです。さらに良いことに、彼らが固定すべきパラメータは1つだけ、つまり初期宇宙での膨張率だけで、これを宇宙マイクロ波背景放射の波紋のゆらぎの振幅に合わせます。
新理論の成果と限界
これにより、彼らは宇宙マイクロ波背景放射に合致するインフレーションの他のいくつかの成果も再現します。摂動のほぼ完全だが完全ではないスケール不変性や、特定の相関の欠如などです。しかし、この論文はインフレーションの最も重要な予測について何も述べていません。それは温度のゆらぎとその偏光の間の相関です。
正直に言うと、私はこのアイデアが気に入っています。それは整然としており、最小主義的で、もし機能するなら、本当にインフレーションの問題を解決するでしょう。しかし、彼らがこの欠けている予測を正しく導き出せるかどうかは全く確信が持てません。これが私がこれを bullshit メーターで10点中8点にする理由です。なぜなら、彼らは本当に本当にこの点をカバーすべきだったからです。
宇宙の起源研究の困難さ
この研究は、なぜ私たちの宇宙がどのように始まったかを決定するのがとても困難かを改めて思い出させてくれます。物理学者が愚かだからではありません。理論開発を導くデータがほとんどないからです。私たちは文字通り130億年以上前に起こったことを再構築しようとしているのです。ここまで来たことさえ驚くべきことで、理論の半分が「昔々…」で始まらないことも驚きです。
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