New results concerning the curvature of the Universe

一世紀近くもの間、宇宙論学者たちは、一見単純に見える一つの問いを投げかけてきた。それは、「宇宙の形はどうなっているのか？」という問いである。その答えは、宇宙の空虚の中にどれほどの物質とエネルギーが存在するかによって決まる。もし密度がちょうど適切であれば、空間は平坦であり、平行線が決して交わることなく、巨大な三角形の内角の和が常に正確に180度となる、終わりのない紙のシートのような形をしている。もし物質が少なすぎれば、空間は鞍（くら）のように外側へ湾曲し、それらの内角の和は180度を下回る。もし多すぎれば、空間は球体の表面のように内側へ湾曲し、そこでは平行線がいずれ交差し、三角形の内角は180度を超える。この幾何学が、私たちが見るすべてのものの究極の運命を決定づける。平坦または開いた宇宙は永遠に膨張し続ける一方で、閉じた球状の宇宙は、最終的に膨張を停止し、再び自らの中へと崩壊する可能性がある。数十年にわたり、観測結果は宇宙が平坦であることを示唆してきたが、新たなデータと急進的な新理論が、私たちが実際に有限の閉じた球体の中に住んでいるのかどうかを再考することを科学者に強いている。

研究チームは、宇宙は確かに閉じており、球の表面に似た正の曲率を持っていると主張するための新たな証拠を集めた。彼らの研究は、プランク衛星によって作成された、私たちが持つ最も精密な宇宙の地図を見直すことから始まる。このデータの初期の解釈は平坦な宇宙を示唆していたが、著者らは、特定の複雑な測定値を調整すると結果が変化することを強調している。衛星データは現在、宇宙が閉じており、曲率パラメータがゼロではなく正であるという、わずかではあるが重要な傾向を示している。この実験的な示唆は、一連の理論的議論によって支持されており、それによれば、平坦または開いた宇宙は、物理学の基本法則を破ることなしには存在し得ないという。具体的には、研究者らは、平坦または開いた宇宙は、光の経路に沿ったエネルギーの振る舞いに関する規則を破ることなく、滑らかかつ完全であることはできないと指摘している。閉じた宇宙のみが、これらの厳格な数学的要求を満たし、物理学が通常破綻してしまう無限の点のない宇宙を可能にするのである。

論文は、なぜこのような閉じた形状が必要なのかを説明するために、「リング・パラダイム」と呼ばれる新しい枠組みを導入している。この視点では、重力は標準的な力ではなく、あらゆる空間に浸透している微小な一次元の「リング（環）」によって運ばれる相互作用である。これらのリングは宇宙の基本的な構成要素として機能し、振動することで、私たちが重力として知覚するものを作り出す。これらのリングには形成および移動できる最大速度が存在するため、宇宙は無限に大きくすることはできない。もし空間が無限であれば、これらのリングが遠方の地点と接続するために必要な速度は無限大にならなければならないが、それは不可能である。したがって、宇宙は有限ではあるが、想像を絶するほど広大な直径を持たねばならない。この有限のサイズは、自然と球状の幾何学へと導く。また、この理論は、宇宙が数兆年にわたって膨張と収縮を繰り返す循環的なものである可能性も示唆しており、このプロセスは閉じた球状の制約の中に綺麗に収まっている。

宇宙の形状を超えて、この新理論は物理学における最も深い謎のいくつかに解決策を提示している。研究者らは、重力のリングがブラックホールの謎を解決すると提案している。つまり、データが永遠に消失するように見えるパラドックスを回避し、情報が脱出することを可能にするのである。彼らはまた、しばしばランダムに見える量子粒子の奇妙な振る舞いは、実際にはこれらのリングによって描かれた経路によって決定されていると考えている。この図式において、宇宙は最高レベルでは古典的に振る舞い、量子力学のランダムさは、これらリングの基礎的な構造から生じるものである。この理論は、宇宙が膨張を停止して収縮を開始した場合、時間そのものが逆方向に進む可能性さえも提案しており、時間の流れを空間の幾何学と直接結びつけている。

閉じた宇宙という考えは、空間が平坦であるという長年の信念に挑戦するものであるが、著者らは、この結論がまだ最終的な証明ではないことを強調している。証拠は、衛星データの再検討と、未検証の量子重力理論の適用を組み合わせたものから得られている。数学的モデルは、閉じた宇宙が特異点を回避し、エネルギーの法則を満たす唯一の選択肢であることを示唆しているが、この理論はまだ直接観測されていない概念に依存している。これらの重力リングが移動する速度は非常に速いため、現在の、あるいは計画されているいかなる計器の範囲も超えており、当面は直接的な測定は不可能である。しかし、既存のデータとの理論の一致性と、複数の問題を同時に解決する能力は、説得力のある可能性となっている。宇宙は、有限の球体、すなわち、空間の幾何学がその中のすべての物質とエネルギーの運命を決定する、広大で閉じたループなのかもしれない。