私たちの宇宙は「宇宙の海」の中の一滴の水なのでしょうか？ 「マルチバース」がSFを現実にする →

著者：Duan Yuechu、Huang Xianghong

サイエンティフィック・アメリカンによると、2024年8月14日、サラ・スコールズとシド・ガンドリザデは多元宇宙に関する研究見解を発表しました。

人間が宇宙に住んでいるというのは議論の余地のない事実です。しかし、考えさせられる疑問が浮かび上がります。私たちが住んでいる宇宙は、宇宙の広大な海の中のほんの一滴の水なのでしょうか?多元宇宙の概念は、SF における魅力的なテーマであるだけでなく、現代物理学の一部の科学者によって真剣に研究されている現実的な可能性でもあります。

現代物理学の多くの分野では、一連の新しい概念が次々と登場しています。量子力学では、誰かが測定しようとするまで、粒子はすべての可能な状態の重ね合わせの状態で同時に存在することができます。この時点で、複数の可能性は崩壊し、観察者の前に明確な物理的状態が現れます。量子力学の「多世界解釈」では、量子測定が示す可能性のあるすべての状態は、それぞれ異なる観測者を持つ異なる宇宙で発生すると仮定しています。この説明は、おそらく科学における多元宇宙の最も有名な見解ですが、決して唯一のものではありません。

ポール・ハルパーンは新著『マルチバースの魅力：余剰次元、異世界、並行宇宙』で、これらの潜在的な並行現実について、その歴史的進化、哲学的意味合い、科学の本質に関する深い洞察などを含めて詳しく調べています。 Scientific American は、多元宇宙の概念が現代物理学とどう合致するか、科学者がこれまでに得た証拠、そしてそれが私たちの存在の本質にとって何を意味するかについてハルパーン氏と話す機会を得た。

では、マルチバースとは一体何なのでしょうか?科学的な観点から見ると、この考え方は量子多元宇宙と宇宙多元宇宙に分けることができます。量子多元宇宙は、量子物理学で測定を行うと何が起こるのか、そして人間の生活が量子の世界とどのように関係しているのかという疑問に対する答えとなる可能性があります。これは1957年に若い大学院生ヒュー・エヴェレット3世によって提唱されたもので、異なる可能性がさまざまな宇宙に分かれ、人間は複数の現実を体験するが、自分の「ドッペルゲンガー」については何も知らないという仮説でした。

宇宙の多元宇宙は、「インフレーション」と呼ばれる概念に関連しています。宇宙の初期段階では、この急速な膨張は比較的容易に達成でき、常に起こり続け、私たちの宇宙を含む他のバブル宇宙が膨張し続ける原因となっています。ただ、現時点では、彼らは私たちの観測範囲外にいるのです。

私たちの宇宙のいくつかのパラメータは、銀河、恒星、惑星、生命の形成に適した範囲内でちょうど良いようです。もし重力の強さや電磁相互作用などの定数がほんの少しでも変化していたら、私たちが知っているような惑星や生命は決して誕生しなかったでしょう。これは「微調整問題」として知られています。物理学者ブランドン・カーターは 1970 年頃、私たちの宇宙の領域、あるいは宇宙全体が特別なのかもしれないと提唱しました。おそらく私たちは、他のすべての可能性を考慮し、なぜ私たちが宇宙の他の領域ではなくこの領域にいるのかについて考えるべきなのでしょう。これは、宇宙にはさまざまな可能性があるという事実と関係があるのか​​もしれないが、私たちはたまたま、構造の形成をサポートし、最終的に私たちが知っているような生命を生み出すことができる少数派である。しかし、宇宙の他のほとんどのバージョンでは、私たちは存在しないでしょう。

しかし、厄介な問題は、たとえ他の宇宙が存在するとしても、それは私たちの認識の範囲を超えているということです。科学者たちは現在、多元宇宙の考えを直接検証する方法を持っていません。ハルパーンは本の中で間接的なテストのアイデアをいくつか提案し、将来的には巧妙な直接的な実験が考案されるかもしれないと指摘しているが、現時点では多元宇宙はテスト不可能である。物理学には直接テストすることができない他のアイデアも存在します。たとえば、宇宙は膨張し加速していますが、光の速度は有限であるため、一定の半径（約 460 億光年）を超える宇宙の部分を見ることはできません。量子的な不確定性によって、一度に観測できるものも制限され、ハイゼンベルクの不確定性原理により、理論上であっても、宇宙のすべての粒子の位置と運動量を同時に記述することは不可能になります。

これによって重要な疑問が浮かび上がります。科学の目的は宇宙についての真実を見つけ出すことなのか、それとも単に実験的に証明できるものを見つけることなのか。人類は常に、自分たちが住む世界、さらには宇宙全体を理解しようと努めてきました。私たちは理論物理学や直接観察など、さまざまなツールを使用します。うまくいけば両者は一致するはずですが、時々遅延が生じる可能性があります。時には理論では説明できない実験結果が出ることもありますし、観察しなくてもある程度理論モデルが認識できて、その後科学的な実験結果が出ることもあります。理論的には魅力的なアイデアでも、テストするには時間がかかることがよくあります。

さまざまな物理学者に多元宇宙に対する態度を尋ねたところ、驚くべき結果が得られた。観察に基づいており、頑固であると考えられている科学者の中には、多元宇宙の考えを受け入れている人もいます。一方、より遠大な考えを持つ人たちは、線引きをして多元宇宙の概念を否定する。理論家によって好みは異なり、そこには特定の個人的な哲学が含まれます。専門的に訓練された物理学者であっても、物理法則や一般相対性理論、量子物理学に従うことに基づいた哲学的嗜好の余地はまだあります。

著者のサラ・スコールズ氏は、この一連の議論を通じて、一般相対性理論や量子物理学など広く受け入れられている理論も含め、理論物理学のさまざまな可能性を人々が理解し、それらが今日私たちが観測している宇宙の巨大な謎にどのように当てはまるかを理解できるようになることを願っています。可能性はたくさんあるのに、なぜ物事が今のような形に発展したのかは、解明すべき謎のままです。

つまり、多元宇宙の概念は、私たちに未知の世界を覗く窓を開き、宇宙の本質と人間の存在についてより深く考えることを可能にします。