インフレ-ション宇宙論:我々の宇宙はマルチバースの一部か? (3)

MITのmooc の"The Early Universe"のスライド資料、具体的には Inflationary Cosmology: Is Our Universe Part of a Multiverse? Part Ⅱを読みます。

前回講義の要約

標準ビッグバン:
 拡大する空間を埋める粒子の熱い高密度の均一なスープから始まる、ビッグバンの余波のみを実際に説明する。
宇宙インフレーション:
 前編では、負の圧力の結果である反発重力が、初期宇宙の小さな部分を指数関数的に膨張させた可能性があることを説明している。 宇宙の重力場のエネルギーが物質のエネルギーを打ち消している状態で、総エネルギーは非常に小さいか、多分ゼロになるであろう。

要約 p-2:インフレーションの証拠

1)インフレーションは、宇宙の地平線問題を説明できる。
 (宇宙マイクロ波背景(CMB)は100,000分の1に均一です。)
2)インフレーションは、なぜ Ω≡ρ/ρcrit= 1 が t = 1秒で小数点以下15桁まで正確だったかを説明できる。 予測Ω=1。データ:Ω= 1.0010±0.0065。I
3)質量密度の小さな量子ゆらぎを予測する。これは、今日CMBのリップルとして見ることができる。 予測はデータと非常によく一致する。

要約 p-4:インフレーションと多元宇宙

ほとんどのインフレーションモデルは永遠になる-膨張は反発重力材料の崩壊を圧倒するため、インフレーションは終わらない。 指数関数的に成長し、終わりのない数のポケット宇宙が崩壊が起こる場所で形成される。

要約 p-5:暗黒エネルギーの悪夢

★宇宙の膨張は加速しており、空間が「暗黒エネルギー」で満たされていることを示しており、最も単純に真空エネルギーと呼ばれている。
★量子場の理論における真空エネルギーは驚くべきことではない-場の変動、非ゼロのヒッグス場-正と負の寄与がある。 しかし、典型的な大きさは10120 倍も大きすぎる。
★弦理論の風景:ひも理論は〜10500の長命で、準安定な vacua を予測する。それらは誰でもポケット宇宙の真空として機能する。 それぞれが真空エネルギー密度に対して独自の値を持ち、その値は観測値の約 -10120 から +10120 倍の範囲になる。


ランドスケープと環境選択 別名:人間原理

★ランドスケープに 10500 の vacua があり、10-120の部分に我々の宇宙のような小さな真空エネルギー密度がある場合、我々のような低エネルギー密度の約 10-120×10500 = 10 380 の vacua が予想される。
★しかし、なぜ我々がこのように幻想的に珍しいタイプの真空に住んでいるのか、どう説明できるか?
★例として、我々が自分自身を見つける物質の局所密度を考えてほしい。それは、目に見える宇宙の平均密度の約 10 30 倍である。
★なぜそうなのか?機会?幸運?神の摂理?
★我々のほとんどは、おそらくこれを選択効果として受け入れている。生命は、物質の密度が異常に高い宇宙のまれな地域でのみ進化できる。
★早くも1987年、スティーブ・ワインバーグは真空エネルギー密度も同じように説明されるかもしれないと指摘した。
★おそらく、真空エネルギー密度はほとんどのポケット宇宙で巨大である。それにもかかわらず、真空エネルギーは宇宙の膨張を加速させることを覚えておく必要がある。大きくて負の場合、宇宙はすぐに崩壊する。大きくて正の場合、銀河が形成される前に宇宙はばらばらになる。したがって、真空エネルギー密度が非常にゼロに近い場合にのみ生命が発生する可能性がある。
★1998年、Martel、Shapiro、およびWeinbergは、銀河形成に対する真空エネルギー密度の影響を真剣に計算した。 彼らは、真空エネルギー密度が我々が測定したものと同じくらい小さいのは、5次の因子内で「説明」できることを発見した。


論争

★多くの物理学者は、これらの人為的な議論をばかげていると考えている。
★私の推奨事項は、人為的な説明(何でも)は最後の手段の説明と考えるべきだということである。
 ◎我々が実際に風景と人生の始まりを理解するまで、人類の説明のためのもっともらしさの論拠を与えることができるだけである。
 ◎したがって、人類の議論は、真空エネルギー密度の場合に限り、より決定的な説明の検索が失敗したときにのみ魅力的になる。 (ヒッグス質量、トップクォーク質量、密度摂動の大きさなど、他の多くの量についても人類学的な説明が議論されている。)


最後の手段の説明を受け入れる時か?
あなたの推測は私のものと同じくらい良い!


★真空エネルギー密度については、他のことを説明するのは難しいので、選択効果の説明を強く検討する時が来たようだ。
★今のところ、選択効果の説明が知られている最ももっともらしいことであることを否定することさえ難しい。


概要
インフレーションのパラダイムは素晴らしい形!


★地平線問題(大規模な均一性)について説明する。
★宇宙の質量密度を1%以上の精度で予測する。
★量子ゆらぎの結果として宇宙背景放射に見られる波紋について説明する。


多元宇宙に向かって私たちを吹く3つの風

1)ほとんどすべてのインフレーションモデルは将来にわたって永遠である。 インフレーションが始まると、それは決して止まらず、永遠に続き、ポケットユニバースを生み出す。
2)天文学者は、宇宙が加速していることを発見した。これは、おそらくゼロではないが、私たちが理解できるよりもはるかに小さい真空エネルギーを示している。 何が起こっているのか?
3)弦理論家は、弦理論には独特の真空はないが、代わりにおそらく 10500 の長寿命の準安定状態の風景に同意する。 マルチバースでは、これにより小さな真空エネルギー密度を選択効果として説明できる。おそらく、真空エネルギー密度が小さいマルチバースの部分でのみ意識的な存在が形成されるため、小さな真空エネルギー密度が表示される。

物理学者はこれを真剣に受け止めているか?

マーティン・リース(イギリスの天文学者ロイヤルおよび王立協会の前会長)は、彼の犬の命を賭けるために多元宇宙について十分に自信があると言った。
アンドレイ・リンデ(スタンフォード大学)は、自分の人生を賭けると確信していると言っている。
スティーブン・ワインバーグ(1979年ノーベル物理学賞):「多元宇宙について、アンドレイリンデとマーティン・リースの犬の両方の生命を賭けるのに十分な自信がある。」

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