宇宙の起源を解明、ビッグバン以前の謎に迫る新研究が示唆する未知の可能性

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Last Updated on 2024-06-24 10:29 by admin

ビッグバン理論は、約138億年前に宇宙がエネルギーの小さな球体から突然爆発したと説明している。ビッグバンの前の状態については観測されていないが、数学的なシナリオが提案されている。

3人の研究者がアインシュタインの一般相対性理論を用いてビッグバン以前の時代を探求し、ビッグバンの前に曲率特異点(ブリックウォール)座標特異点(カーテン)のどちらかが存在する可能性があると結論付けた。

彼らはビッグバンの始まりが曲率特異点か座標特異点かを調査し、異なるスケールファクターのシナリオに基づいて特異点の分類を提供した。ダークエネルギーの存在下では座標特異点は存在せず、物質が存在する実際の宇宙では物理的な曲率特異点となる。これは一般相対性理論が物理の基本法則を完全に説明できないことを示唆している。

物質がエネルギーより少ない場合、特異点は物理的な曲率特異点ではなくなり、光線は特異点を通過できる。しかし、初期宇宙では物質がエネルギーより多かったため、物理的な曲率特異点となる。この特異点は一般相対性理論と量子力学を調和させるための完全な物理的説明が必要であることを示しており、宇宙の最高エネルギーレベルでの理解を進めるための基礎となる。

【編集者追記】用語解説

  • ビッグバン理論
    宇宙の始まりを説明する最も広く受け入れられている理論です。約138億年前、宇宙が極めて高温・高密度の状態から急激に膨張を始めたとする考え方です。
  • 曲率特異点(ブリックウォール)
    宇宙論において、時空の曲率が無限大になる理論上の点や領域を指します。ビッグバンやブラックホールの中心などで発生すると考えられ、物理法則が破綻する可能性がある特殊な状態です。
  • 座標特異点(カーテン)
    数学や物理学で使われる概念で、座標系の選び方によって生じる見かけ上の特異点を指します。実際の物理的な特異性ではなく、座標変換によって取り除くことができます。例えば、球座標系での原点などがこれに該当します。

【参考リンク】
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)オフィシャルサイト(外部)
NASAが主導する最新の宇宙望遠鏡で、2021年に打ち上げられました。可視光線よりも波長の長い赤外線を観測し、初期宇宙の研究に大きな貢献をしています。

宇宙の謎を解明!ジェームズ・ウェッブ望遠鏡【60秒で学べるNews】(2023年2月15日)

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【ニュース解説】

約138億年前、宇宙は非常に小さく、熱く、密度の高いエネルギーの球体から突然爆発し、これがビッグバンと呼ばれる出来事です。このビッグバン理論は、1920年代に形成され始め、特に1980年代には、宇宙が非常に速い速度で膨張したというインフレーション理論が提唱されました。しかし、インフレーションが宇宙の始まりを説明するには、それ以前に何があったのかという疑問が残ります。

この疑問に対して、最近の研究では、アインシュタインの一般相対性理論を用いて、ビッグバン以前の宇宙についての新たな理解を深めようとしています。研究者たちは、宇宙の始まりが物理的な曲率特異点(ブリックウォール)か、数学的な座標特異点(カーテン)かを調査しました。曲率特異点では、宇宙の密度と曲率が無限大になり、現在の物理学と数学の理論では説明できない状態を指します。一方、座標特異点は、数学的な座標の選択によって生じる幻影であり、物理的な特異性を持ちません。

研究結果によると、ダークエネルギーのみが存在する宇宙では、ビッグバンの始まりは座標特異点となり、物理的な特異点は存在しないことが示されました。これは、光線が特異点を通過できることを意味し、宇宙の歴史がビッグバン以前にまで遡ることができる可能性があります。しかし、実際の宇宙には物質が存在するため、初期宇宙で物質がエネルギーよりも多かった場合、物理的な曲率特異点が存在し、一般相対性理論の法則が成り立たなくなることが示されました。

この研究は、宇宙の最初の瞬間についての理解を深めるだけでなく、一般相対性理論と量子力学を統合する理論の発展に向けた一歩となります。現在の物理学では説明できないビッグバンの前の状態を理解することは、宇宙の根本的な法則についての新たな洞察をもたらす可能性があります。しかし、この理論の進展は、さらなる数学的および物理的な研究を必要とし、宇宙の起源に関する我々の理解を根本から変える可能性を秘めています。

from What Came Before the Big Bang?.

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