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マルチバヌスず数孊的宇宙

「珟代物理の自然芳」に曞いた文章を転茉したす。


宇宙は、我々の宇宙だけではなく倚数の宇宙があるずする「マルチバヌス説」は、珟代物理では䜕皮類も語られ、ありふれた説になっおいたす。

そうするず、様々な「マルチバヌス説」を䜓系的に敎理しお、その関係を考えたくなりたす。

マックス・テグマヌクの「数孊的な宇宙 究極の実圚の姿を求めお」講談瀟、原曞は2014幎は、そのような詊みを行っおいるので、この曞を䞻な参考曞ずしお、以䞋に考えおみたしょう。

マックスは、「マルチバヌス説」を4぀のレベルに分けお敎理したす。

圌は、倖的実圚は数孊的構造そのものであるずする「数孊的宇宙仮説」を持っおいるので、異なる数孊的構造を持぀マルチバヌス説をレベル4の究極的な説ずしたす。


氞久むンフレヌション


アラン・グヌスの「むンフレヌション説」は、ビッグバン説にあった爆発問題、地平線問題、平坊性問題の3぀を䞀挙に解決したす。

むンフレヌション説では、ビッグバンの前に、䜓積が広がっおも密床が倉化しないむンフレヌション物質がありたした。

これが、原子1個よりはるかに小さな粒から始たっお、指数関数的に䜓積を増加させたず考えたす。

アンドレむ・リンデは、むンフレヌションが党䜓ずしおは終わらず、氞久に空間を生成し続ける「氞久むンフレヌション」を提唱したした。

ですが、むンフレヌションを続ける領域ず、終わる領域があっお、むンフレヌションが終わった領域で、ビッグバンが始たりたす。

むンフレヌション物質が普通の物質に盞転移し、膚匵がゆるやかになりたす。

぀たり、ビッグバンは宇宙の始たりではなく、䞀郚の空間領域でのむンフレヌションの終わりです。

このむンフレヌションが終わった領域は、「ポケット宇宙泡宇宙」ず呌ばれ、これが無限に生たれ続けたす。

「ポケット宇宙」は、むンフレヌション宇宙の有限の䜓積の䞭に、無限の䜓積を持ちたす。

぀たり、ビッグバンの瞬間は、倖の芳枬者からは原子より小さい領域で始たりたすが、内の芳枬者からは、空間も未来の時間も無限倧なのです。

ですから、我々が属する「ポケット宇宙」も、無限倧の広さを持っおいたす。

「氞久むンフレヌション」はすべおの芳枬事実ず䞀臎し、受け入れられおいる宇宙モデルです。


レベルI䞊行宇宙


マックスは、芳枬可胜な宇宙を「私たちの宇宙」ず衚珟したす。

これは、宇宙の地平線のたでの領域、぀たり、銀河の埌退速床が光速より遅い領域であり、ビッグバンから140億幎以内にそこからの光が私たちに届く時間があった球圢の領域です。

「ポケット宇宙」が無限倧であるなら、「私たちの宇宙」の倖偎にも空間が無限に広がっおいお、「私たちの宇宙」ず同サむズの宇宙が無限個、存圚するず考えるこずができたす。

この倚数の宇宙が、「レベルI䞊行宇宙倚宇宙」です。

私たちず同サむズの宇宙が取り埗る配䜍すべおの量子状態の数は、最倧で10の10の118乗乗通りです。

私たちず同サむズの宇宙が無限に存圚するなら、すべおの可胜な量子状態にある宇宙が無数に存圚するこずになりたす。

぀たり、そこには、我々の宇宙の正確なコピヌや、わずかに異なる宇宙が無限個存圚したす。

起こりえるすべおのこずが実際に無限回起こっおいるこずになりたす。

この「レベルI䞊行宇宙」は、珟圚は芳枬䞍可胜ですが、宇宙の膚匵速床が枛速すれば、氞遠に芳枬䞍可胜なわけではありたせん。

たた、それぞれの宇宙は、物理法則は同じですが、歎史は異なりたす。


レベルII䞊行宇宙


先に曞いたように、「氞久むンフレヌション」によっお無限の倚くの「ポケット宇宙」が生たれたす。

これらが、「レベルII䞊行宇宙倚宇宙」です。

「ポケット宇宙」のそれぞれでは、基瀎的な物理法則は同じでも、実効的な物理法則が異なっおいるかもしれたせん。

基本的な方皋匏の異なる解に察応するずいうこずです。

䟋えば、匊理論の方皋匏には10の500乗以䞊の異なる解がありたす。

特定の理論のすべおの解の集合は「ランドスケヌプ」ず呌ばれたす。

「レベルII䞊行宇宙」では、すべおの「ランドスケヌプ」が実珟しおいるかもしれたせん。

「レベルII䞊行宇宙」は、氞遠に芳枬䞍可胜です。


物理的定数の調敎


物理の方皋匏には少なくずも32個の基瀎的な定数がありたす。

これらの定数の倀がほんの少しでも違っおいるず、宇宙が異なった姿になり、銀河が生たれないなどしお、そのために人間のような知的生呜も生たれたせん。

䟋えば、暗黒゚ネルギヌの密床の堎合、銀河圢成が可胜ずなるには、小数点以䞋120桁以䞊の粟床で決めなければいけたせん。

たた、䟋えば、フェルミオンの9皮類の質量のプロットは、統蚈孊的にランダムであるにも関わらず、少しでも違うず生呜は発生したせん。

これが偶然に起こったずするず、その確率はほがれロです。

このこずを考えるず、我々の宇宙は生呜が発生するように、自然定数が埮調敎されおいるように芋えたす。

ですが、無限に倚くの宇宙が存圚し、それぞれで物理法則、定数が違っおいるずするず、生呜が発生する宇宙も必ず存圚するこずになりたす。

぀たり、生呜が発生する宇宙が存圚するこずを合理的に考えるず、倚宇宙の存圚が必芁なのです。


レベルIII倚宇宙


量子力孊のコペンハヌゲン解釈から、収瞮ず確率に関する仮説を取り去ったものが゚ノェレットの理論です。

プラむス・ドりィットがそれを「倚䞖界解釈」ず呜名したした。

「倚䞖界解釈」は、デコヒヌレンス量子的な干枉性の喪倱が起こるたびに宇宙が分岐しおいくずする量子的な倚宇宙説です。

この「倚䞖界解釈」が瀺す量子的な䞊行宇宙が、「レベルIII䞊行宇宙倚宇宙」です。

これは、数孊的には、ヒルベルト空間の異なる郚分です。

「レベルIII䞊行宇宙」のそれぞれは、基瀎的な物理法則方皋匏は同じですが、実効的な物理法則方皋匏の特定の解は異なる可胜性がありたす。

マックスは、この「レベルIII䞊行宇宙」が、実質的に「レベルI䞊行宇宙」ず同じものではないかず考えたす。


数孊的宇宙仮説


たず、物理法則はすべお方皋匏ずいう圢で衚珟されおいるので、宇宙に関する最も正確な蚘述は数孊的です。

玠粒子物理孊におけるレゎブロック最小構成芁玠は、粒子そのものではなく、保存量だず思えたす。

玠粒子の固有の性質である゚ネルギヌや電荷、スピン、レプトン数などずいった量子数は、ただの数であり、玠粒子は数孊的察象物です。

たた、量子力孊の波動関数ずヒルベルト空間も、数孊的察象物です。

匊理論の「匊」も、玔粋に数孊的な構造物ず思うべき存圚です。

空間も、その固有の性質ずしお、次元、曲率、トポロゞヌなどの数孊的性質しか持ちたせん。

たた、「数孊的宇宙仮説」が正しいずするず、時間の流れず時間倉化は幻想です。

数孊的構造は時空の䞭にあるのではなく、時空が特定の数孊的構造の䞭にあるのです。

ですから、究極理論䞇物理論は、粒子や芳枬などの人間的な抂念日垞的経隓から来る抂念を含たない、玔粋に数孊的な理論数孊的な構造でなければなりたせん。

それは、倖的実圚が数孊的構造だからです。

「数孊的構造」ずは、各芁玠間に関係が定矩されおいる抜象的な集合です。

自然の性質は、その究極の構成芁玠の性質から生じるのではなく、構成芁玠間の関係から生じるものなのです。


レベルIV倚宇宙


レベルIIIIの䞊行宇宙は、基瀎方皋匏は同じなので、数孊的構造は同じです。

これに察しお、数孊的構造が異なる宇宙を考えるのが、「レベルIV䞊行宇宙倚宇宙」です。

これらの宇宙では、基瀎的な物理方皋匏が異なりたす。

䟋えば、量子力孊の存圚しない宇宙、時空の存圚しない宇宙 なども考えられたす。

「レベルIV䞊行宇宙」は最も単玔であり、蚘述するのに䜕も情報を必芁ずしたせん。

数孊的構造の芁玠間の関係は、掛け算衚のような有限の数ですべお衚珟でき、コンピュヌタによっお自動生成できたす。

ですから、「レベルIV䞊行宇宙」は、順に列挙するこずもできたす。

数孊的構造は、無限個考えるこずができたすが、限定を考えるべきかもしれたせん。

その限定ずしおは、有限構造たで蚱される、蚈算可胜な構造たで蚱される、芁玠間の構造が蚈算により定矩されおいる構造たで蚱される、䞀般的な構造すべおが蚱される、などを考えるこずができたす。

マックスは、この䞭で、蚈算可胜な構造たで蚱されるずいう限定が興味深いず曞いおいたす。

そしお、倖的実圚は蚈算可胜な関数で定矩された数孊的構造であるずする考えを、「蚈算可胜宇宙仮説」ず名づけおいたす。

この堎合、決定䞍可胜な物理的偎面はなくなりたす。

数孊的構造は蚈算によっお定矩されたす。

数孊的構造、蚈算、圢匏䜓系の3぀は互いに関連しおいたすが、これらは、それらを超えた「超越構造」の異なる偎面にすぎないかもしれたせん。

数孊的倚宇宙の物理的性質は、「察称性」が䞭心的抂念ずなりたす。

䞀方、「初期条件」、「耇雑性」、「偶然性」などは、芳枬者の芖点からのみ存圚するもので、倖的実圚ずしおは存圚しない単なる幻ずしお再解釈されたす。

我々の宇宙をコンピュヌタヌ・シミュレヌションであるずする「シミュレヌション珟実シミュレヌション仮説」がありたすが、これによれば、蚈算によっお宇宙が発展させられ、これが時間に察応したす。

ですが、「数孊的宇宙仮説」では、蚈算する必芁はなく、蚘述すれば良いのです。



いいなず思ったら応揎しよう