ベストアンサー
多元宇宙衝突は空に点在する可能性があります
宇宙の歴史の初期に、私たちの宇宙は別の宇宙にぶつかった可能性があります。ビッグバンの残光に痕跡を残した可能性のある原始的な衝突です。
物理学者は、別の宇宙との古代の衝突の証拠を探しています。
彼女の同僚の多くと同様に、 Hiranya Peiris は、かつて私たちの宇宙は広大な多元宇宙の多くの宇宙の1つにすぎない可能性があるという考えを大いに却下しました。それは科学的に興味をそそるものでしたが、根本的にテストすることもできませんでした。彼女は、銀河がどのように進化するかなど、より具体的な質問に研究を集中することを好みました。
ある夏、アスペン物理学センターで、ペイリスはペリメーター研究所の Matt Johnson は、アイデアを研究するためのツールの開発に関心があると述べました。彼は彼らが協力することを提案しました。
最初、ペイリスは懐疑的でした。 「オブザーバーとして、どんな理論も面白くてエレガントであっても、検証可能な結果がなければ、深刻に欠けていると思います」と彼女は言いました。しかし、ジョンソンは、コンセプトをテストする方法があるかもしれないと彼女に確信させました。私たちが住んでいる宇宙がずっと前に別の宇宙と衝突した場合、衝突は宇宙マイクロ波背景放射（CMB）に痕跡を残し、からのかすかな残光です。ビッグバン。そして、物理学者がそのような署名を検出できれば、それは多元宇宙への窓を提供するでしょう。
コロンビア大学の物理学者ErickWeinberg 、この多元宇宙を沸騰する大釜と比較することで説明します。泡は個々の宇宙、つまり時空の孤立したポケットを表しています。鍋が沸騰すると、泡が膨張し、時には衝突します。同様のプロセスが宇宙の最初の瞬間に起こった可能性があります。
最初の会議から数年で、ペイリスとジョンソンは、初期の瞬間に別の宇宙との衝突がどのように何かを送ったかを研究しました私たちの宇宙全体の衝撃波に似ています。彼らは、CMBをマッピングするプランク宇宙望遠鏡からのデータでそのような衝突の証拠を見つけることができるかもしれないと考えています。
プロジェクトは機能しないかもしれない、とペイリスは認めます。それは、私たちが多元宇宙に住んでいるだけでなく、私たちの宇宙が私たちの主要な宇宙の歴史の中で他の宇宙と衝突したことも必要とします。しかし、物理学者が成功した場合、彼らは私たち自身を超えた宇宙の最初のありそうもない証拠を得るでしょう。
バブルが衝突したとき
かつて、多元宇宙論は空想科学小説やクラックポットの領域に追いやられていました。 「あなたはクレイジーな土地に行ったようです」と、理論物理学ペリメーター研究所とヨーク大学で共同任命をしているジョンソンは言いました。しかし、科学者たちは多元宇宙が何であるかについて多くのバージョンを考え出しました。いくつかは他よりもクレイジーではありません。
ペイリスと彼女の同僚が興味を持っている多元宇宙は、最初に物議を醸した「多世界」仮説ではありません。 1950年代に提案され、すべての量子イベントが別々の宇宙を生み出すと考えています。また、この多元宇宙の概念は、平行世界の人気のあるサイエンスフィクションの比喩、私たちの時空からピンチオフして別々の領域になる新しい宇宙に関連していません。むしろ、このバージョンは、宇宙の最初の瞬間の広く受け入れられている理論であるインフレーションの結果として生じます。
インフレーションは、ビッグバンの直後に私たちの宇宙が突然の急速な膨張を経験し、ほんの一瞬で25億光年に及ぶ非常に小さな斑点。
しかし、一度始まったインフレは完全に止まることはない傾向があります。理論によれば、宇宙が拡大し始めると、それはいくつかの場所で終わり、今日私たちの周りに見られる宇宙のような領域を作成します。しかし、他の場所では、インフレーションは単に未来に向かって永遠に続くでしょう。
この機能により、宇宙論者は永遠のインフレーションと呼ばれるシナリオを考えるようになりました。この写真では、空間の個々の領域が膨張を停止し、私たちが住んでいるような「バブル宇宙」になります。しかし、より大きな規模では、指数関数的拡大は永遠に続き、新しいバブル宇宙が絶えず作成されています。観測者は光速より速く移動せずにあるバブルから次のバブルに移動することができなかったため、同じ時空の一部であるにもかかわらず、各バブルはそれ自体が宇宙と見なされます。また、各バブルには独自の物理法則がある場合があります。 「あなたが永遠のインフレーションを買うならば、それは多元宇宙を予測します」とペイリスは言いました。
2012年、PeirisとJohnsonは Anthony Aguirre および Max Wainwright <とチームを組みました。 / a> —カリフォルニア大学サンタクルーズ校の両方の物理学者—2つの泡だけでシミュレートされた多元宇宙を構築します。彼らは、泡が衝突した後に何が起こったのかを研究して、観察者が何を見るかを決定しました。チームは、2つのバブル宇宙の衝突は、独特の温度プロファイルを持つCMB上のディスクとして表示されると結論付けました。
バブル宇宙との古代の衝突は、宇宙マイクロ波背景放射の温度を変化させ（左）、潜在的に観測される可能性のあるかすかな円盤を空に作成しました（右）。
オレナシュマハロ/クアンタマガジン;出典：S。M。Freeneyet。 al。、Physical Review Letters
ヒューマンエラーを防ぐために—私たちは見たいパターンを見る傾向があります—彼らは自動的にする一連のアルゴリズムを考案しました宇宙ベースの天文台であるウィルキンソンマイクロ波異方性プローブ（WMAP）のデータで、これらのディスクを検索します。プログラムは、気泡衝突の兆候と一致する温度変動を伴う4つの潜在的な領域を特定しました。プランク衛星からのデータが今年後半に利用可能になると、研究者はその初期の分析を改善できるはずです。
しかし、多元宇宙の説得力のある署名を検出するのは難しいです。遭遇がどのように見えるかを単に知るには、バブル衝突のダイナミクスを完全に理解する必要があります。このような相互作用の複雑さを考えると、コンピューターでモデル化するのは非常に困難です。
新しい問題に取り組む場合、物理学者は通常、彼らがすでに理解している良いモデルを見つけ、彼らが「摂動」と呼ぶ小さな調整を行うことによってそれを適応させます。たとえば、宇宙での衛星の軌道をモデル化するために、物理学者は17世紀にアイザックニュートンによって概説された古典的な運動の法則を使用し、その運動に影響を与える可能性のある他の要因の影響を計算することによって小さな改良を加えることができます。太陽風からの圧力。単純なシステムの場合、摂動されていないモデルとのわずかな差異のみが存在するはずです。ただし、竜巻のような複雑なシステムの気流パターンを計算してみてください。そうすると、それらの近似は崩れます。摂動は、小さくて予測可能な改良ではなく、元のシステムに突然の非常に大きな変化をもたらします。
初期宇宙のインフレ期の気泡衝突のモデル化は、竜巻のモデル化に似ています。その性質上、インフレは時空を指数関数的に伸ばします。正確には、ダイナミクスの計算を非常に困難にするような値の大きなジャンプです。
「グリッドから始めて、瞬時に、グリッドは巨大なサイズに拡大しました」とPeiris氏は述べています。彼女は共同研究者とともに、複雑さに対処するためのインフレのシミュレーションで、適応メッシュ細分化（このようなグリッド内の最も関連性の高い詳細をますます細かいスケールで選別する反復プロセス）などの手法を使用しました。キングスカレッジロンドンの物理学者である Eugene Lim は、異常なタイプの進行波が問題をさらに単純化するのに役立つ可能性があることを発見しました。
回答
すべてのが拡大しています-したがって、これは尋ねる自然な質問。どうすればすべてが他のすべてのものから離れて拡大し、それでも衝突することができますか？
この混乱の原因の一部は、宇宙の膨張を示すために使用する種類の図と言語にあります。 「すべての銀河の間の空間が膨張しているため、各銀河が他のすべての銀河から離れて漂っているように見える」と言えば、それは空間の膨張を想像させる良い方法です。また、宇宙の膨張のアイデアをできるだけ明確にするために、状況を複雑にしている可能性のある他のすべてを無視していることも意味します。
この場合、状況を複雑にしているのは私たちの古いものです友達の重力。宇宙の各銀河が等間隔に配置されている場合（たとえば、すべてがグリッド上の点であるかのように配置されている場合）、簡単な説明も正確です。 他に何も起こっていない。各銀河は完全に孤立して進化し続け、他の銀河からゆっくりと離れていきます。
の密度の数値シミュレーション宇宙が47億年前だったときの問題。銀河の形成は、水素ガスが合体し、最初の星が発火する暗黒物質によって生成された重力の井戸をたどります。画像クレジット：V。Springeletal。 2005、Nature、435、629
これは私たちの宇宙がどのように見えるかではありません。私たちの宇宙は、銀河の大きな結び目と、各結び目から伸びる小さな銀河フィラメントを備えた、グリッドのようなものよりもはるかにクモの巣状に見えます。大きな結び目は銀河団であり、何千もの銀河を保持することができます。それらのより小さな対応物である銀河群は、それらの中にいくつかの銀河を持っています。私たち自身の銀河は、アンドロメダ銀河と非常に小さな矮小銀河の束を含む小さなグループに属しています。
これらのクラスターとグループは、重力がそれらを引き寄せることができるほど銀河が互いに接近して形成されるときに起こります。銀河が別の銀河に十分に近く、動きが速すぎない場合、重力によって銀河が再び真に分離するのを防ぐことができます。これらの銀河は、互いに向かって落下するのに何十億年も費やす可能性があり、通常、最初の衝突の試みでお互いを逃します。そのため、さらに何十億年もかけて1秒間、そしておそらく3回目の衝突で一緒に後退します。私たちの銀河とアンドロメダ銀河は最初の落下段階にあり、2つの銀河を解きほぐすのが困難になるまでにはおそらくさらに約30億年かかるでしょう。
このシステムは、NGC 3690（またはArp 299）と呼ばれる一対の銀河で構成されており、約7億年前に接近通過しました。この相互作用の結果として、システムは星形成の激しいバーストを受けました。過去15年ほどで、6つの超新星が銀河の外側に飛び出し、このシステムを傑出した超新星工場にしました。クレジット：NASA、ESA、ハッブルヘリテージ（STScI / AURA）-ESA /ハッブルコラボレーション、およびA.エバンス（バージニア大学、シャーロッツビル/ NRAO /ストーニーブルック大学）
基本的に、私たちが銀河の衝突は2つのことに帰着するのを見てください。銀河はグリッド上に形成されておらず、私たちの宇宙の膨張力は、互いに近くにある銀河の重力よりも弱いです。膨張の力がそれよりもはるかに強い場合、重力でさえ銀河を引き寄せることができない可能性があり、各銀河は実際には常に孤立した島の宇宙になります。私たちにとって幸いなことに、条件が正しければ、重力は依然として最高に君臨しています。