あらゆる方向に発射し、宇宙を飛び回ります。私たちの太陽系を超え、天の川の端を超え、私たちの局所銀河団を遠い宇宙の荒野へと導く銀河の森を通って、ブラックホールや銀河、そしてほぼ無限の世界を通り過ぎて…それともそれらは無限なのでしょうか？

永遠に旅を続けるのか、それとも最終的には目的地に到達するのか?それとも、最初の場所に行き着くのでしょうか？これは宇宙論における最大の問題であり、特に「最大」という言葉を文字通りに受け取る場合、私たちの宇宙の大きさと形は正確にはどのようなものでしょうか?いくつかのヒントはありますが、特定の方向を示しているわけではないため、ほとんどが謎のままです。

友人や同僚と宇宙について話すとき、宇宙は広大で、おそらくは無限であることを思い出させることがよくあります。これを理解するのは難しいことですが、宇宙学者や偉大な思想家たちは何世紀にもわたってそれについて考えてきました。サイズを知る最良の方法は、その形状を判断することです。そして、私たちの宇宙がどのようなものになるかについてはたくさんのアイデアがあります。

宇宙の最も単純な形状は、本質的には平らなシートでしょう。もちろん、これはさらに複雑ですが、これは便利な比喩です (物理学のほとんどの事柄について言えます)。技術的な詳細の一部は省略しますが、宇宙が平らであれば、学校で学んだ幾何学はすべて機能します。三角形を描くと、その角度の合計は 180 度になり、そのすべての線は直線になります。しかし、宇宙が曲がっていると、事態はおかしくなり始めます。ご存知のとおり、三角形は三角形にはなりませんが、その影響は非常に小さいため、気付かないでしょう。宇宙の形状は鞍状または球状である可能性もあり、どちらにしても幾何学は非ユークリッドになり、したがって少し奇妙になります。

宇宙の大きさと形は、重力と暗黒エネルギーという 2 つの量によって支配されます。宇宙のあらゆるものの重力が宇宙を引き寄せ、暗黒エネルギーが宇宙を膨張させます。この 2 つが完全に一致すると、宇宙は平らになります。ダークエネルギーが勝っている場合、それはプリングル型です。これらの形式のいずれでも、宇宙を有限または無限にすることができます。それぞれに有効なモデルがあります。

重力が勝っている場合、宇宙は球形であり、したがって有限であることになります。これが最も単純な解決策です。しかし、宇宙に関するさまざまな大規模観測から知る限り、宇宙はおそらく平面であると思われます。そして、最近の観察では、暗黒エネルギーが時間の経過とともに弱まっていくことが示されており、これは私たちが宇宙について実際にどれだけしか知らないかを浮き彫りにしています。私たちが宇宙全体で暗黒物質の地図をますます正確に構築しているにもかかわらず、暗黒物質も同様に謎に満ちており、宇宙の重力の重要な構成要素となっています。したがって、「おそらくフラット」という言葉は、割り引いて考える必要があります。

この時点で、私は完全に公平な語り手ではないことをお伝えしなければなりません。私は多くの物理学者と同様に、無限が好きではありません。確かに、それらについて考えるのは楽しいですが、それを物理的な世界に結び付けると、それは何を意味するのでしょうか?おそらくこれは私の人間の脳の限界なのかもしれませんが、私は何でも意味のある無限になり得るということを受け入れることができません。たとえその制限が非常に大きかったとしても、すべてにはある程度の制限があります。 Infinity を見ると、まるで警官のような気分になります。それを測定する方法はありません。方程式が正しく機能していない場合、これが永遠に続くと想定すべきでしょうか?休ませてください。

そう考えているのは私だけではありません。一般的に無限に対する嫌悪感を考えると、有限の宇宙がどのようなものであるかについては多くの理論があります。たとえそれが平面であっても、時空のさまざまな部分をどのように相互に接続できるかについては、多くのオプションがあります。前述したように、シート/球体/サドルの区別は単純化したものです。まず、有限の宇宙には端があるべきかどうかという問題があります。宇宙が紙のように有限で平らであるなら、宇宙が存在するはずです。しかし、その場合、私たちは尋ねなければなりません、その端の向こうには何があるのでしょうか？もしかしたら他の宇宙かもしれないし、何もないかもしれない。それが何であれ。しかし、その端では何が起こっているのでしょうか？存在はただ…止まってしまうのか？少し不可解で想像するのが難しく、私たちの宇宙を説明する方程式を導き出すのはさらに困難です。

時空が曲がっている場合、選択肢は少し広がります。球体には端がないため、一方向に進みすぎると、開始した場所に戻ってしまいます。あるいは、ドーナツ、クラインの壷、ワームホールにつつまれた奇妙なスポンジのような形をしている可能性もあり、その他多くの可能性があります。一部の物理学者は、ピーナッツ、円錐形、リンゴのような形をしているのではないかと示唆していますが、最後の形状は、現在存在しているものよりも多くの次元を追加することによってのみ可能になります。先ほども言ったように、それは複雑です。

私が今述べたこれらの形状はすべて有限です。無限をミックスに加えると、すべてがさらにワイルドになり、面倒だとさえ言えるかもしれません。あなたは無限に旅することができますが、そこで見つかるのは無限の宇宙、無限の種類の銀河、恒星系と世界だけです。すべてが宇宙の内側にあるため、宇宙の端や「外側」について心配する必要はありません。

ある意味、この見通しは刺激的だ。そこでは何でも見つかります。確かに、確率だけに基づいて言えば、他の形態の生命も存在するでしょうが、これは無限ではなく、実際には非常に大きい宇宙にも当てはまります。しかし、個人的には、宇宙の無限の体積は多すぎると思わずにはいられません。私はそこに何があるかを想像するのが大好きですが、もし答えが「宇宙は永遠に続くので、すべてが可能です」であるなら、想像することに何の意味もないように思えます。

ただし、これらは個人的な感情であり、物理学のすべてと同様、最終的には観察と数学に帰着します。これは私が物理学の好きなところの一部であり、その具体性ですが、無限は十分に具体的ではありません。方向を決めて宇宙を飛んでいくと、最終的には海岸でも家でも、何かに到達したいと思うようになります。

宇宙の謎: イギリス、チェシャー州

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