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「多元的宇宙」の探索は、生命にとって最適な条件を見つける鍵になるかもしれない

私たちの宇宙がすべてなのか、それとも他にもっとあるのだろうか?私たちの宇宙は、無数に存在する多元宇宙のひとつに過ぎないのだろうか?

また、もし他の宇宙があるとしたら、それはどのようなものなのだろうか。居住可能なのだろうか?

これは、推測に推測を重ねたように感じるかも知れないが、あなたが思っているほどおかしなことではない。

私たちは、多元宇宙の他の部分がどのようなものなのか、そして、その仮想的な近隣の宇宙が、生命を可能にする条件やその発生方法について何を教えてくれるのかを探求している。

“もしも”の宇宙

物理学者の中には、インフレーションと呼ばれる宇宙の夜明けの急激な膨張によって、ある種の多元宇宙が避けられなくなったと主張する人もいる。私たちの宇宙は多くの宇宙の中のひとつに過ぎないのだと。

この理論では、新しい宇宙はインフレーションの背景の中で結晶化し、独自の物理法則が組み合わされている。

もし、私たちと同じような物理法則が他の宇宙を支配しているならば、私たちはその宇宙を理解することが出来る。少なくとも理論的には、だが。

inflation universe
私たちの宇宙の歴史。物理法則がわずかに異なる他の宇宙も、インフレーションの初期から結晶化した可能性がある。 (Credit: NASA)

私たちの住む宇宙では、物事がどのように相互作用すべきかを示すルールと、光速などの自然界の定数によって物理が支配されている。そこで、これらの性質を変化させた「もしも」の宇宙を仮想的に想像し、その結果を数式の中で探っていくことが出来るのだ。

単純に聞こえるかも知れないが、私たちがいじくりまわしているルールは、宇宙の基本的な構成要素なのだ。例えば、電子が我々の宇宙の100倍も重い宇宙を想像したら、星や惑星、そして生命にどんな影響があるだろうか?

生命には何が必要なのか?

私たちは最近、一連の論文でこの問いに取り組み、多元宇宙におけるハビタビリティ(居住可能性)について考察した。もちろん、ハビタビリティは複雑な概念だが、私たちは生命が誕生するためには、いくつかの重要な要素が必要だと考えている。

そのひとつが「複雑さ」だ。地球上の生命にとって、その複雑さは周期表の元素に由来するものである。私たちは生きた分子機械なのだ。

しかし、安定した環境と安定したエネルギーの流れも不可欠だ。地球上の生命は、長寿の安定した星の光を浴びた、豊富な化学元素を持つ岩石質の惑星の表面で始まったと考えるのが自然だろう。

基本的な力をいじる

多元宇宙の範囲に同じような環境は存在するのだろうか?私たちは、化学元素の存在量を考えることから、理論的な探求を始めた。

私たちの宇宙では、ビッグバンで生成された原始的な水素とヘリウム以外の元素は、すべて星の一生を通じて発生する。元素は、恒星の核反応で生成されるか、大質量星がその生涯の最後に自らを引き裂く超新星爆発という至高の暴力によって生成される。

これらの過程はすべて、宇宙の4つの基本的な力によって支配されている。重力は恒星の核を圧迫し、莫大な温度と密度に追い込む。電磁気学は原子核を引き離そうとするが、十分に近づくことができれば、強い核力によって新しい元素に結合することができる。陽子を中性子に変える弱い核力も、恒星炉の点火に重要な役割を果たす。

電子やクォークなどの基本粒子の質量も、極めて重要な役割を果たすことがある。

そのため、こうした仮説の宇宙を探索するために、私たちは多くのダイヤルを調整することが出来る。基本的な宇宙の変化は、他の物理学に流れる。

炭素と酸素のバランス

星と大気惑星とプレートテクトニクス生命の起源など、物理学のさまざまな断片を扱いやすい大きさに切り分け、多元宇宙におけるハビタビリティに関する全体的なストーリーを語るために、この巨大で複雑な問題に取り組む。そして、その断片をつなぎ合わせて、多元宇宙におけるハビタビリティに関する全体的なストーリーを表現した。

すると、複雑な絵が浮かび上がってくる。宇宙のハビタビリティに強く影響する要因もある。

例えば、炭素と酸素の比率は、星の中心で起こる特定の核反応の連鎖によって決まるもので、特に重要視されているようだ。

2つの元素がほぼ同量に存在する私たちの宇宙の値から大きく外れると、生命の誕生や繁栄が極めて困難な環境になってしまうのである。

しかし、他の元素の存在量はそれほど重要ではないようだ。しかし、他の元素が安定している限り、つまり基本的な力のバランスに依存する限り、それらは生命の構成要素において極めて重要な役割を果たすことができる。

より複雑な探索が可能に

私たちは、多元宇宙におけるハビタビリティを解明するために、大まかなアプローチしか出来ず、可能性の空間を非常に細かくサンプリングしているに過ぎない。

さらに、この問題を扱いやすくするために、いくつかの理論的な近道や近似を取らなければならなかったのだ。そのため、私たちは多元宇宙全体の生命の条件を理解する最初の段階に過ぎないのだ。

次のステップでは、他の宇宙の代替物理の複雑さを完全に考慮する必要がある。小さなスケールでの基本的な力の影響を理解し、それを大きなスケールに外挿し、星の形成や最終的には惑星の形成につなげる必要がある。

ひとことコメント

多元宇宙という考え方は、まだ仮説に過ぎず、検証されていないアイデアだ。実際、検証できるアイデアかどうかもまだ分かっていない。

また、物理法則が多元宇宙間で異なる可能性があるのか、もし異なるとしたら、どの程度異なる可能性があるのかも分からない。

私たちは、無限の中にある究極の居場所を明らかにする旅の始まりかもしれないし、科学的な行き止まりに向かっているのかもしれない。


本記事は、Geraint Lewis氏によって執筆され、The Conversationに掲載された記事「What are the best conditions for life? Exploring the multiverse can help us find out」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。

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