物理学者たちが語る、宇宙には2つのビッグバンがあった
3,069 文字
最近、「ダークビッグバン」に関する見出しについて多くの質問を受けました。それは宇宙に隠された第二の起源があり、何かしらの「潜在的な証拠を提供する」というものです。私は調べてみました。宇宙は膨張しており、それは時間を遡ると物質がより密集していたはずだということを意味します。
アインシュタインの方程式を使って物質の密度を計算すると、約137億年前のある時点で密度が無限大になります。そして、疑問に思う人のために言うと、「密度が無限大になる」というのは物理学者たちが「ここで何が起きているのか全く分からない」と言う方法ですが、私たちはこれに名前を付けています。
これがアインシタインの一般相対性理論による私たちの宇宙の最初の瞬間、ビッグバンと呼ばれるものです。ここ10年ほど、一部の科学コミュニケーターが「ビッグバン」という言葉を別のもの、つまりすでに存在する宇宙における物質の生成を指すのに使い始めてしまいました。しかし、現在使用されている理論では、これらは2つの別個の出来事です。
物理学者たちは、時間の始まり、宇宙の創造の時点では、宇宙には物質が存在しなかったと考えています。インフラトン場とそのポテンシャルと呼ばれる場の形でのエネルギーだけが存在していました。この場は最終的に物質、つまり通常の物質とダークマターに崩壊します。そして今ではこの物質の生成もビッグバンと呼ばれています。
物理学の文献では、物質の生成はより技術的に「再加熱」と呼ばれています。電子レンジのように、ピピッと宇宙の準備完了です。科学コミュニケーターには再加熱とビッグバンを混同してほしくないのですが、現状はこうなっています。
「ダークビッグバン」は今や物質の生成を指すために「ビッグバン」という言葉を使用しており、その考えは通常の物質が最初に作られ、その後にダークマターが作られたというものです。それは単にphiと呼ばれる新しい場の崩壊によって、かなり似たような方法で生成されました。これは非常に残念です。
つまり、ダークビッグバンの後には、「普遍的本質」や「宇宙の連続体」、あるいはおそらくティムのような、もっと魅力的な何かを期待するでしょう。そう、本当に彼らはそれをティムと呼ぶべきだったと思います。しかし、ティムはどのような種類のダークマターに崩壊するのでしょうか？ここで事態は興味深くなります。なぜなら、これまで物理学者たちは特に理由もなく、ダークマターは質量を持っているだけでなく、そこに留まって他の物質を引き付けるだけだと想定してきました。
彼らはまた、それが何か他のことも行うと想定していました。それは通常の物質と相互作用する小さな確率を持っているということです。これが物理学者たちがそれを探すためにあらゆる検出器を作った理由です。彼らは何も見つけていませんが、それを進歩だと信じさせたいようです。まあ、あなた自身で判断してください。問題は、重力による引力以外にダークマターが通常の物質と相互作用する特別な理由が存在しないということです。
この可能性は「重力結合ダークマター」の「悪夢シナリオ」として知られるようになりました。以前のエピソードでこれについて話しました。問題は、この場合、ダークマターがどのような性質を持っているのかを理解する方法がほとんどないということです。少なくとも、私たちはそう考えていました。
なぜなら、ダークビッグバンに取り組むこれらの物理学者たちは、悪夢シナリオでさえも、私たちはまだダークマター粒子の性質を測定することができるだろうと言っているからです。これは、ダークマターが作られた時のこの第二の「ダーク」ビッグバンが、ティムからダークマターへの一次相転移という、かなり激しい出来事だったからです。
これは水を沸騰させる時のように、新しいダークマターの泡を作り出します。これらの泡はその後、より大きな泡と結合します。重要なのは、これがかなり激しいプロセスであり、重力波を生成するということです。そしてこれらの重力波は測定できる可能性があります。ダークビッグバンの一般的なアイデアは昨年すでに提案されていました。
新しい論文では、相転移の詳細や生成される粒子など、モデルのパラメータに適した範囲が計算されています。ここで白い領域がまだ除外されていないパラメータの範囲であることがわかります。また、いくつかの今後の重力波実験で、白い部分の一部を切り取る緑と黄色の領域のように、より大きな部分を除外できることもわかります。
ちなみに、このビデオにはクイズが含まれており、あなたがどれだけ覚えているかをチェックすることができます。これから何を推測すべきでしょうか？まあ、これらの論文の著者たちは理論物理学のマニュアルに完璧に従っています。まず、既存の観察を説明する必要のない新しい理論を作り、次にまだ除外されていないように詳細をまとめ、そして何か興味深いものが差し迫った実験で測定できると主張します。しかし、それは測定されないでしょう。
なぜ私にそれがわかるのでしょうか？なぜなら、これはこの研究分野の人々が何十年も使ってきた理論開発の同じ戦略だからです。これまで一度も機能したことはなく、これからも機能することはないでしょう。仮説を立てるための数学的なアイデアは無限にあるため、そのうちの一つが正しい確率は無限分の1、つまりゼロです。
しかし、これはまた、書くべき論文が無限にあり、それらについて無限のビデオを作ることができるということも意味します。だから、購読するのを忘れないでください。私は科学について話すのが大好きです。それが興味深いからというだけでなく、刺激的だからです。だからこそ、私は常に新しい科学的なストーリーを探しています。
私のお気に入りの出発点はNautilus誌であり、もしあなたも情報とインスピレーションを探しているなら、本当に一度チェックしてみるべきです。Nautilusは、今日議論されている最も関連性の高いトピックについて最新情報を提供する科学雑誌です。しばしば、内部のストーリーを語ってくれる科学者たちが執筆しています。
Nautilusはデジタル版と印刷版で提供され、これが高品質な制作物であることにすぐに気付くでしょう。彼らとの経験から言えることですが、彼らの編集者たちは本当に執筆を輝かせるために懸命に働いており、イラストは本当に芸術作品です。
私は個人的にNautilusにいくつかの記事を寄稿しており、主に物理学、ブラックホール、量子重力、量子力学についてですが、他の分野で何が起きているかを教えてくれるのでこの雑誌が好きです。Nautilusの特に好きな点は、天文学から経済学、歴史、神経科学、哲学、物理学まで、科学のあらゆる分野をカバーしていることです。
彼らは最も関連性の高いトピックを選び、すべてのコンテキストを提供してくれます。Nautilusには、デジタルのみのメンバーとして購読するか、印刷版の購読を選ぶことができます。Nautilusのすべての記事への完全なアクセスに加えて、メンバーはイベントへの優先アクセス、限定商品、商品割引などの特典を受けられます。そしてもちろん、特別なオファーがあります。私のパーソナライズされたリンクjoinnautilus.com/sabineを使用すると、購読料が15%割引になります。ぜひチェックしてみてください。視聴ありがとうございます。また明日お会いしましょう。