宇宙の誕生
みなさん、おはようございます！突然ですが、宇宙はどうやってできたか疑問に思ったことはありませんか？宇宙誕生を唱えるにあたり、壮大な情報量を基にする観測や宇宙の様々な概念、算術などかなりの難しさに、理解に苦しむ方々が大勢いらっしゃいます。
そこで今回、「宇宙の誕生」に関しての記事をご紹介したいと思います。
【急募】
宇宙誕生の前についてわかる人 無の空間とは何なのか、宇宙の真理を全て理解している人いそいでいます
— カルラちゃん🚾💥@フリゲ主人公系VTuber 5/31ゴジラ公開ゴジラを見ろ傍受しろ信仰しろ (@Calra_Chan) 2019年3月14日
「無」から生まれた説
この、地球を含めた壮大な宇宙空間が、物質などすべて皆無となる「無」から生まれた説は、相対性理論学者であるアインシュタインの理論を基に考え出されました。
というか宇宙誕生の瞬間って限りなく無に近いものから有が生まれたってことだって考えるとゾクゾクする
— きさタルテ💎🦙✨Δ🌱🥀 (@Kisaragi_Michi) 2018年3月21日
宇宙空間は「無」で生まれた
今から138.2億年前、すべて何もない「無」の空間に揺らぎが生じ、そこから発生した高温高密度となる一点が急激に爆発「ビッグバーン」し、宇宙が誕生しました。
宇宙誕生の時は、まだ空間が狭く高密度な状態で、温度も1000兆となるかなり高温な状態でした。それと同時に素粒子も生まれ、宇宙空間を光速で飛び回っています。そして時間が立つにつれ、宇宙もどんどん膨張していき、低温となると素粒子が最終的に元素となりました。
それから数千万年後、水素やヘリウム元素などが互いにくっつき、大きな塊となりました。塊の中心部は強力な重力場となっており、原子核同士がぶつかったり押し付けられることで高エネルギーとなり、新種の元素誕生や塊がまばゆい光を放つようになります。これが「星」の誕生なのです。
星は寿命を迎えると、「超新星」という大爆発を起こし、新種の元素が宇宙空間へとばらまかれます。それがかなりの回数で繰り返され、地球の材料となる金属や岩石・生体の元素が誕生となり、ようやく太陽系の誕生して地球ができたのです。
惑星が回る太陽系などあらゆる銀河は、宇宙に広がる暗黒物質（ダークマター）の重力が作用し規則正しい配置がなされています。ちなみに、このダークマターはダークエネルギーと同じで目に見えず、あらゆる物質をすり抜ける特性を持っています。
天才たちのドキュメンタリーってめっちゃ面白いよ。偶然列車で近くの席になった天文学者と物理学者が宇宙誕生の話で盛り上がっていって、ビッグバンの起源の話に到達して、まず無の空間に一本の弦があり、それが奏でた波紋が空間を揺らしたことになっていたよ。天才すごい。いみふめい。
— 見瑠人@腕鳥。二巻発売中! (@sakio_miruhito) 2017年5月31日
無からなにかが生まれるといふのはビッグバン的宇宙誕生的ロマンがある
— キ助 (@uuuuuuu) 2015年9月13日
死ぬことに比べたら本当に悩みってちっぽけだな…
宇宙誕生前とか宇宙の末路とかその無っていう世界が想像できない、何も無いってなんなんだろう— DАTЕMАL (@datehakinoko) 2015年2月18日
「虚時間」から生まれた説
これは、イギリスの物理学者スティーブン・ホーキング博士が唱えた「宇宙は虚時間のある別な次元から誕生した」となる、一般相対性理論とは正反対の説です。
「虚」とは
虚時間の「虚」は「虚数」という意味で、みなさんが普段使用している「実数」とは別の「あり得ない」数を指します。
例えば、x²=-1という式は、求めることができません。なぜなら、x²をx × xに直すと、xにどのような数字を当てはめてもマイナスにはならないからです。
解くにしても、「√-1」と「-√-1」までが限度で、また「√-1」からルートを取ることもできません。虚数で求めたとしても解が2つとなり正確な数値化ができないのです。以上の理由で、このxには虚数が入ります。
大昔では、「0」や「マイナス」はありえない数字とされてきました。このように、この「虚数」も現在では存在しない数字となっています。
この虚数は主に、図形や空間を扱う「幾何学」で使われており、実数だけでは解けない謎を解明するのに用いられています。この虚数の扱いはかなり難しいので、これ以上の説明は省きたいと思います。
虚時間
上記の説明により、実数が使われている「実時間」は千年前や百年後のように過去と未来があるのに対し、虚数が扱われている「虚時間」はそれがないということがわかります。
実時間が左から右へと過去から未来へ流れているのに対し、虚時間は上から下へと流れます。図形や空間には縦、横、高さがありますが、実際には虚時間が流れる方向も存在するのです。
宇宙が誕生する前は過去や未来のある実時間は存在しなく、空間には、「縦」「横」「高さ」「虚時間」の4つの方向が存在していました。しかし、何らかの原因により虚時間の方向が変質し、過去と未来のある「実時間」を持った別の次元へと変化したのです。
トンネル効果
ボールと丘があるとします。ボールを丘の向こう側に転がすには「丘を超えるほどの転がす力」が必要不可欠となり、力が弱いとボールは丘を超えずに戻って来てしまいます。しかし、丘にトンネルがあると弱い力でも丘を超えることができるのです。
このように壁となる障害物に、まるでトンネルがあるかのようにすり抜ける現象を「トンネル効果」と言います。
例えば、1つの丸い池をかなり薄い壁で仕切って2等分するとします。池の水は壁を通り抜けることができません。仕切られた左側の池に波を起こすと、波は壁に振動を与え、その衝撃で右側の池にも波ができます。しかし、水自体は右側には行きません。
量子学では、光は波と粒子の2つの性質を持っているとされ、右側にも波ができれば水自体も壁を抜けて移動したというように、電子も壁にぶつかって向こう側に振動が伝わると電子自体も壁をすり抜けたこととなっているのです。
この現象はパソコンの情報を読み書き・保存を行う「メモリ」に利用されています。ホーキンスはこの現象が起こって実時間ができたと言っています。
「虚時間」説を唱えた経緯
このような考えとなったのは、「無」からの誕生説では時間を巻き戻すと、宇宙空間はどんどん小さくなるにつれエネルギーは高密度となり、宇宙誕生となる一点まで戻ると、エネルギーは無限大で体積がゼロというおかしな算術となってしまうため、この虚時間説が考え出されたのです。
実時間の相関関数は振動して良いのに虚時間の相関関数は必ず指数減衰するの、不思議っちゃ不思議なんだけど、e^iθ= cosθ + isinθ だから、つったらそれはそれで終わりなのも、なんかもやもやする。
— Jun Takahashi (@Jun_Gitef17) 2019年2月1日
虚時間上のフーリエ展開になぜフーリエ変換でなくフーリエ級数を用いるのか分かった気がする．虚時間だから積分が無限大に飛ぶのかな．
— タニミン@グリー (@dmdaugust) 2018年10月3日
ボルツマン定数やプランク定数ってそれ自体次元を持っていて、これらのお陰で温度とエネルギーが結び付き、時間と虚時間が結び付くので、教科書でよくある名前だけ定義して終わりみたいな扱いはマズいと思う…
— なよとふ㌠ (@nayochev) 2018年8月26日
エピローグ
宇宙誕生は他にもいろいろな説があり、まだ謎のままです。宇宙の誕生やダークエネルギー、ダークマターの謎が解明されることで、真正な教養や新技術の誕生となり、世界の経済がガラッと変わることでしょう。