宇宙の生成についての素人的解釈

Question

ある人の話を受け入れて、質問しますが、
その人は、 ビックバンの時に、今の宇宙の全質量が
特異点に収容されていたことをどうしてもありえないことと考えています。( 単に計算で出した結果に過ぎないと考えているようです )
では、その人はどういう考えを持っているかと言うと
まるで、地球や最初の生物が生まれるように原子や単純な分子が核をなして、だんだん大きな塊ができて構造をもつようになり、宇宙もできたのではないかと考えているようです。
ビックバンの時に現在知られている宇宙とは別のところから、宇宙を構成するものが寄せ集められて、できたのではなかろうかと解釈する理論は考えられますか？

First_Noel · Accepted Answer

質問者さまへのご回答に関連していると信じつつ，
＃８さまのご意見に触発されまして．

-----
＞No7さまの回答を読むと、真空のエネルギーがマイナスで、物質のエネルギーがプラスで、
＞プラスマイナス0だからエネルギー保存則上問題ない、というように読めます。

そうではなく，現在の宇宙のポテンシャルエネルギー（と言いましょうか）がマイナス，と
言うことです．
インフレーションはプラスの真空エネルギーによって引き起こされた（いわゆる宇宙項）と
理論は主張しています．従って，

＞インフレーション理論では、真空がマイナスエネルギーであることが絶対的に重要になるようです。

である必要はないと思われます．

-----
＞こういう話ですと、トンネル効果を持ち出してもその正当性の説明にはなりません。

これは，「０からは何も生まれない」と言うことに対して，
　　１．宇宙がプランク時間程度の期間に発生したそのときの宇宙のエネルギーは，
　　　　不確定性原理から有限の値を取るものになり得る．
又は，
　　２．プラスのものとマイナスのものが同時に生まれれば，０からの発生もあり得る．
と言うことから，「原理原則そんなことはあり得ない」とは言えない，と言いたかったのです．

さて問題は，実際のところ宇宙発生直前が「無」「絶対エネルギー０」だったのかどうか，
＞重要なのは、真空に対してどうか、なのです。
と言う点ですが，これは分かりかねます．
ただ，現在の宇宙の全て（散逸分があればそれも含めて）を合わせて０とすることで，
宇宙創生時とのエネルギー保存則を満たすと言うのが，インフレーション理論なり他の主張なりに
含まれていると思います．

-----
あともうひとつの問題は，上記１と２が「無」でも起こりえるのか，と言う点ですが，
インフレーション理論では「無」「真空の確率的な揺らぎ」と言われますが，
片やＭ理論では，高次元の膜が振動し，それによって宇宙発生が誘起された，と主張しています．
そうなると宇宙発生以前も「無」ではないし，エネルギーも持っていそうです．
インフレーション理論の「無」「揺らぎ」と言われているものが，
Ｍ理論の「高次元の膜の振動」に相当しているのか？だとするとインフレーション理論では
全ては語り尽くしておらず，「無」と言うのも便宜的にか，３次元＋時間の次元内での「無」と言う
意味に過ぎないのか？Ｍ理論はインフレーション理論を包括するのか？と言うことが推測されます．

-----
＞そのことは、どのような観測事実をもって確認されたのでしょうか。

インフレーション理論の検証，と読み替えて回答しますと，
宇宙背景放射の揺らぎの観測によって，インフレーション理論は間接的に部分検証されています．
勿論，だからと言って理論の全てが正しい表現だとはまだ信じ込んではいません．
と言うか，私も理解し切れていません．

あと，こういうページも示しておきます．
http://members.jcom.home.ne.jp/fuga-buriki-can/comparative%20study2-4.htm

参考URL：http://members.jcom.home.ne.jp/fuga-buriki-can/comparative%20study2-4.htm

shiara · Answer

私が質問者ではないので、ここで質問するのはルール違反？なのかもしれませんが、No7さまの回答を読むと、真空のエネルギーがマイナスで、物質のエネルギーがプラスで、プラスマイナス0だからエネルギー保存則上問題ない、というように読めます。こういう話ですと、トンネル効果を持ち出してもその正当性の説明にはなりません。トンネル効果とは、ポテンシャル障壁の片側に局在していた波動関数が、時間の経過とともに、壁の反対側にも浸透していくことを言っているだけですから、宇宙がエネルギー0から生じたこととは何も関係はありません。また、エネルギーの基準をどこに取るかはまったくの任意であり、真空のエネルギーをマイナスにしようが、通常はその絶対値には意味はありません。重要なのは、真空に対してどうか、なのです。ところが、インフレーション理論では、真空がマイナスエネルギーであることが絶対的に重要になるようです。そのことは、どのような観測事実をもって確認されたのでしょうか。

First_Noel · Answer

＃６さまのご指摘ですが，
インフレーション宇宙論では，現在の宇宙のエネルギーレベルはマイナスです．
宇宙創生時に閾値を越えた宇宙は，元にもどって消滅するより，
膨張し続けるほうが安定な遷移であったと扱われます．

マイナスのエネルギーを不思議に思われるかも知れませんが，
重力ポテンシャルのようなポテンシャルエネルギーをご想像下さい．

この宇宙と，どこかにどうにかなった我々の宇宙エネルギーを補償する現象なり物体なりを
足し合わせて，全体として０となれば，エネルギー保存則がなりたちます．

また，トンネル効果とのアナロジーも成立しています．

宇宙創生の瞬間のエネルギーの由来が問題ではなく，
我々の宇宙のエネルギーと見合うだけのエネルギーがどう散逸したかが問題となると思います．
この宇宙内に凍結されているのか，又は高次元の意味でこの宇宙の外へ散逸したのなら，
宇宙内外を結び付ける超法則による相互作用があることを示唆しています．

あと，だいぶ下の方ですが，
ビッグ・バン理論を提唱したのはジョージ・ガモフです．
量子論の見地からの宇宙論では，ビッグバンと言う現象は存在せず，
かわりにインフレーションという現象があったと唱えられています．

shiara · Answer

宇宙論は素人ですが、ゼロから宇宙が生まれたというのは、物理的におかしな話です。エネルギーは保存するというのが、現在でも物理学の基本原理になっているはずです。トンネル効果というのは、瞬間的には高いエネルギー状態になっても良かろう、ということであって、その後継続的にエネルギーが高いことではありません。それこそ、エネルギーがどこからかわいてきたことになります。
　宇宙が誕生した時には、それに見合うエネルギーがあったと考えるのが自然でしょう。それがどこからどうやってきたのかは分かりませんが、ゼロからエネルギーが発生したと考えるよりは、よっぽど物理の理にかなっていると思いませんか。

First_Noel · Answer

＃４訂正です．

＞「確率で表現される何か」があったことが示唆されます．

「何か」とは「モノ」とか「エネルギー」とかではなく，
「確率と言う数学」「確率それ自体」とでも言いましょうか．
この宇宙ができようとできまいと，数学的法則は普遍的にありそうな気もします．
その点で，数学は宇宙解明に強力な武器となりそうですし，
数学を活用する物理学は宇宙解明の為に的を射た活動であると思われます．
（日本語を活用する物理学，音楽を活用する物理学は，
　日本語や音楽の成立以後でなければ成り立ちません．）

First_Noel · Answer

＃２です．

＞現代の科学では、観測の限界もあって、
＞どうしても、想像の世界にとどまりそうなんですね？

そこで「理論物理学」の出番になります．
検証可能かどうかは別として，前提，過程，結果のどこかに，
この世で判明している検証事実と矛盾かあれば，オカシイ理論，になりますが，
矛盾が見付からない限り，進めても良い理論となります．
そんな理論は多くの人によって進められると同時に，
多くの人によって（主観ではなく科学的に）批判され，否定されようとします．
健全な科学的思考が守られる限り，理論物理学はいろいろな可能性を示唆し続けてくれると思います．

そのひとつが「Ｍ理論」です，これは宇宙を１０次元や１１次元とし，
我々の観測可能な領域が空間３次元＋時間に限定されているとされますが，
なぜ限定されるか？については，たまたまそうなった，としか言えないように思われます．
少なくとも，現在の我々のレベルでは，哲学として扱われそうです．

あと，「０からは何も生まれない」に触発されますが，
０の向こう側にはマイナスの世界が広がっています．
プラスとマイナスが合わさって０となれば，微小な領域では０からの誕生もあり得ます．
この点に反応する批判は多いです．論点はただひとつだけですが．

しかしこの批判を否定する事実として我々の世界にも「トンネル効果」があります．
電子部品として応用され，我々の日常に数多く転がっています．
ごく短時間であれば，エネルギーは突然生まれ出ることがあります．
これで，本来なら乗り越えられるハズの無いエネルギーの閾値を乗り越えることが
あり得るようになります．
エネルギー保存則は絶対ですので，この借りた分も含めて，
反応前後で差分は０となるように自然は帳尻を合わせます．

このようにミクロの世界は，いわゆる「非常識」が成立しています．
相対論も日常生活と比べると非常識です．
「０からは何も生まれない」「何もないところからお菓子は現れない」と言い切ってしまうのは，
「高速道路走ったって時計は狂わない」と言う相対論への批判と同じです．
健全に科学活動を行っている人ならば，思い付きだけで主張したりはしませんし，
我々素人が聞いたことある理論は，我々が聞くまでに既に非常に多くの批判を
かいくぐってきたものですから，傾聴に値します．（無批判で信じるのはダメ．）

＞今の科学では、「宇宙はひとりでにできたと考えるしかありません」と
＞どうしても言うことしかいえないでしょうか？

なぜ出来たか？は，大変難しい命題だと思いますが，
なぜこのようになってるか？は，物理学と数学が精一杯頑張っているところです．

我々の宇宙以外にも成り立つ「超法則」の探索も続けられています．
例えば宇宙が出来る前（実時間ではない表現）には，
単に確率の揺らぎのみが存在した，とありますが，
と言うことは，「確率で表現される何か」があったことが示唆されます．
また，エネルギー保存則も成立していそうです．
時間と空間を繋ぐ「相対論」で表現される現象もあったっぽい．
と言うことで，

＞量子力学との整合性を満足させようとすることによって
＞新たに科学的な理論を作ることにつなげないでしょうか？

もまた，理論物理の人達がいろいろやっているようです．
「大統一理論」から相対論や量子論がわさわさと解ととして導き出されることは，
１００年くらいのうちに可能なのではないかと私は思います．

Tigers29 · Answer

そもそもビックバン理論ができた原因はアインシュタイン方程式です。
宇宙が膨張していることから、ではその前はどうだったのかを考えると、自然に１点に集まるというだけです。（ビックバンもあくまで仮説です）
ビックバンの前はどうだったかを解くのは科学ではなく哲学の話です。この話は科学と哲学の境界みたいな話ですから。
仮に科学で解くとすれば、宇宙はひとりでにできたと考えるしかありません。なぜなら、この宇宙を作った原因(1)があるとすれば、その原因(1)を作った原因(2)が必要となり、きりがありませんから。

ただ、科学者としては、０から全てを創りたがる生き物らしい。
０からは何も生まれないと中学のときに教えてもらわなかったのでしょうか？

First_Noel · Answer

＞特異点に収容されていたことをどうしてもありえないことと考えています。

特異点は純粋に理論上のもので，実際の宇宙論は「プランク長」から
スタートしていると言われてるんではなかったかと思います．

「ありそうもない」と言うには，どこがどのようにありそうもないかを
付記する必要があります，単なる主観だけでは，相対論を日常生活と比較して
あるハズがない，と言っている人達と同じだと思います．
また，検証された事実から，主観を交えない数学の力で行き着く結果は，
勿論未知の要素を考慮しないために間違った結果にも行き着きますが，
そうでなければ説得力を持つものだとも思います．
アインシュタインも「単なる計算結果であって，ありえない」として，
膨張宇宙と言う計算結果を修正してしまいました．
でもまぁどっちも検証されない限りはどっちもどっちだとも思いますが．

＞量子的揺らぎによって真空からエネルギーが突如として
＞生まれたようなことがコアを成して生成していく元になると解釈にして
＞説明できると考えることはできないでしょうか？

「インフレーション宇宙論」によれば，
最初平均エネルギー０の状態でぽこぽこあぶくのように発生しては消えていた宇宙が，
あるものはある程度プラスの閾値を越え，それを越えると「インフレーション」を起こした方が
最初に戻るより安定・・・と説明されます．

不確定性原理から，エネルギーは平均は０ですが，
ある範囲で揺らいでいるので，上記の閾値を越える確率が０ではないこと，
発生した宇宙は，マイナスエネルギーレベルにあるので，
「エネルギーが誕生した」と言う過程は不要であることが示唆されます．

＃エネルギーレベルとは，重力ポテンシャルや化学反応前後の物質の
　結合エネルギーなどのポテンシャルエネルギーと言う意味です．

また，加速器で粒子衝突させて高エネルギー状態（あくまで
我々の周辺のエネルギーレベルと比較しての高エネルギー）を作ると，
そこからいろんな粒子・反粒子がわさわさ発生し，
そこに「コア」などを導入することは冗長であると思われます．

或いは，「ベビー・ユニバース」と言う説もあります．
宇宙から宇宙が発生するものです．
もともとの宇宙の起源は？
我々の宇宙は何代目？
と言う疑問は尽きませんが，面白いところで参考URLを示しておきます．

参考URL：http://homepage3.nifty.com/iromono/hardsf/darwinuniv.html

shkwta · Answer

＞原子や単純な分子が核をなして、だんだん大きな塊ができて構造をもつようになり
これは実際に起こったようです。宇宙の温度が下がるにつれて、最初に素粒子ができて、素粒子から原子核ができて、原子核と電子から原子ができて、原子と原子から分子ができて、という順です。

＞現在知られている宇宙とは別のところから、宇宙を構成するものが寄せ集められて
その「別の宇宙」はどうしてできた？という話になります。こう考えたところで、宇宙の起原の謎をもっと前の時点にさかのぼらせただけのことで、問題の解決にはなりません。

宇宙の生成についての素人的解釈

質問者さまへのご回答に関連していると信じつつ，

＃６さまのご指摘ですが，

宇宙論は素人ですが、ゼロから宇宙が生まれたというのは、物理的におかしな話です。

＃４訂正です．

＃２です．

そもそもビックバン理論ができた原因はアインシュタイン方程式です。

この回答への補足

＞特異点に収容されていたことをどうしてもありえないことと考えています。

＞原子や単純な分子が核をなして、だんだん大きな塊ができて構造をもつようになり

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