宇宙の形が隠している、背筋が冷える真実
Are We Trapped Inside an Expanding Bubble? The Hidden Shape of the Universe.
宇宙は膨張しています。
この事実は、すでに100年近く前から知られています。
しかし、こんな問いを考えたことはあるでしょうか。
「いったい、どこで膨張しているのか？」
風船を膨らませるとき、表面は広がりますが、風船そのものは部屋の中に存在しています。
では――宇宙は、どこに存在しているのでしょうか。
そもそも、宇宙に「形」はあるのでしょうか。
一、三つの運命、ひとつの地図
あなたの常識は、すでに裏切られています
多くの人は、宇宙を「真っ黒な背景に星が散らばっている空間」だと思っているかもしれません。
しかし、一般相対性理論が描き出す宇宙の舞台は、そんな単純なものではありません。
宇宙の空間構造には、大きく三つの可能性があります。
①もっとも直感的な「平坦宇宙」
無限に広がるゴム膜のように、全体が均等に引き延ばされている宇宙です。
ここでは、中学で習う幾何学が通用します。
・三角形の内角の和は180度
・平行線は永遠に交わらない
私たちにとって、もっとも「安心できる」世界です。
しかし物理学者は言います。
「安心するのは、まだ早い」と。
②・③脳が拒絶する二つの宇宙
残る二つのモデルは、私たちの直感が本能的に拒絶するものです。
それは、四次元空間を前提としているからです。
私たちは前後・左右・上下の三次元しか持ちません。
第四の次元は、認知の外側にあります。
二次元の生き物が「高さ」という概念を理解できないように、
私たちも「第四方向」を想像することはできません。
私たちは、自らの次元という檻に、閉じ込められているのです。
二、『フラットランド』という降次元の衝撃
私たちもまた、井の中の蛙かもしれません
この感覚を理解するために、1884年に書かれた一冊の奇書を思い出してみましょう。
エドウィン・アボットの『フラットランド（平面国）』です。
物語の主人公「正方形氏」は、長さと幅しか持たない二次元世界の住人です。
ある日、奇妙な訪問者が現れます。
最初は「点」、次に「円」、やがて小さくなり、そして消えます。
訪問者はこう言います。
「私は三次元世界から来た“球”です。
あなた方が見ているのは、私があなた方の世界を通過する断面にすぎません」
紙の上を這うアリには、リンゴを押し当てても「円形」にしか見えないように、
彼らもまた三次元の存在を直接は理解できません。
球は正方形氏を連れて、一次元の「線の国」、零次元の「点の国」を見せます。
そして正方形氏は恐る恐る尋ねます。
「では……第四次元もあるのですか？」
三次元の球は笑い飛ばします。
「ばかばかしい。第四次元など存在しない！」
――この瞬間、背筋が冷たくならないでしょうか。
二次元を見下していた三次元の球。
その姿は、さらに高次元から見下ろす存在の影と、どこか重なって見えるのです。
もしかすると、私たちの三次元世界も、より高次元の世界の「切片」にすぎないのかもしれません。
三、宇宙は「超球面」かもしれません
まっすぐ進んでいるつもりで、実は一周している
もし平面国が、紙ではなく「球の表面」だったらどうでしょうか。
二次元の住人には、世界が急に奇妙なものに見えるはずです。
・まっすぐ進むと出発点に戻る
・大きな三角形の内角の和は180度を超える
・平行線がやがて交わる
二次元の科学者は、第三次元を直接見る必要はありません。
幾何学的な異常を観測するだけで、こう結論づけられるのです。
「私たちの世界は、球面だ」と。
私たちの宇宙も、それと似ているのかもしれません。
三次元の「超球面」が、より高次元の空間に埋め込まれているとするモデルは、ド・ジッター空間と呼ばれます。
内側から見れば境界は存在しません。
しかし四次元の観測者にとっては、膨張する泡の内壁のように見えます。
もしこれが真実であるなら――
・宇宙は無限ではない
・宇宙船は方向転換せずに地球近くへ戻れる
・平行な光が宇宙の反対側で再会する
まるでSFのようですが、これは実際に研究されている宇宙モデルなのです。
「宇宙」を見つめ直したい方は、【アインシュタインが量子と出会った日――「虚無」から始まる宇宙の叙事詩】もあわせてお読みください。
四、さらに奇妙な可能性
宇宙は歪んだ「ハハミラー」なのかもしれません
三つ目の形は、さらに異様です。
それが「反ド・ジッター空間」です。
無限に続く鞍（サドル）のようであり、巨大な歪んだレンズのようでもあります。
この宇宙では――
・中心付近は正常に見える
・外縁に近づくほど極端に歪む
・歪みへ向かうと、逆に世界が「正常」に感じられ
・振り返ると、故郷が奇妙に曲がって見える
宇宙そのものが、まるで動く「ハハミラー」なのです。
幾何学は崩壊し、
・三角形の内角の和は180度未満
・平行線は激しく発散します。
観測者の位置こそが、世界の姿を決定するのです。
自問自答：比喩を越えて、核心へ
Q1：これらの形は、実際の観測と関係しているのでしょうか？
はい。決定的に関係しています。
それは、宇宙の重要な数値 Ω（オメガ）に対応します。
・Ω＝1 → 平坦宇宙
・Ω＞1 → 球面宇宙
・Ω＜1 → 鞍面宇宙
宇宙背景放射の揺らぎ、超新星の明るさ、銀河の分布などの観測から導かれる結果は――
Ω＝1（誤差0.5％未満）。
つまり、少なくとも大規模なスケールでは、宇宙は驚くほど平坦だということです。
今のところは、ですが。
Q2：平坦だと分かっているのに、なぜ奇妙な形を考え続けるのですか？
それは、科学が「ある」だけでなく、「なぜそうなのか」を問う営みだからです。
0.999と1.001。
このわずかな違いが、無限宇宙と有限宇宙という二つの運命を分けるのです。
さらに高次元モデルは、ブラックホールや弦理論、量子重力を理解するための訓練場でもあります。
そこを通らずして、現代物理の核心には到達できません。
Q3：高次元を想像できないのに、「上」や「下」と言うのは自己欺瞞では？
一見そう思われるかもしれません。
しかし、それは違います。
私たちは想像できません。
だからこそ、数学を発明したのです。
虚数
虚数 i2 = -1 を定義したように、
第四次元座標 W を定義できる。
脳は越えられない壁を、脳が作り出した道具によって超える。
それは無力の告白であると同時に、文明の勝利なのです。
Q4：宇宙の形を知ることに、どんな意味があるのでしょうか？
それはあまりに深く、言葉を失うほどの問いです。
もし宇宙が閉じた球面なら、
私たちは有限な「宇宙の部屋」に住んでいます。
安全ですが、閉じ込められているとも言えます。
もし無限なら、私たちは冷たい虚空を漂う存在です。
自由ですが、どこか絶望的でもあります。
宇宙の形を探るとは、こう問いかけることなのです。
「私たちは、どんな部屋に住んでいるのか？」
「その設計図は、どのようなものなのか？」
それは、文明の自己定義、そして未来の理解に直結する問いなのです。
結び：認知の壁を叩き続ける
宇宙を、ただの暗い背景だと思わないでください。
もしかするとそれは、四次元空間に浮かぶ泡の内壁かもしれません。
そして私たちは、その膜に張り付いた三次元の生命体なのです。
『フラットランド』の住人のように、
光の曲がりや幾何の異常、星のずれといった観測を通じて、
私たちは「外側」を推理しています。
これは人類史上、もっともロマンに満ちた探偵ゲームです。
人類の認知史は、常に「地図の更新」の連続でした。
1.地球は平ら
2.地球は球体
3.太陽系がすべてではない
4.銀河系がすべてではない
5.可観測宇宙も、すべてではない
6.？
アインシュタインは言いました。
「宇宙で最も理解しがたいのは、宇宙が理解可能であるという事実だ」
私はこう付け加えたいと思います。
「宇宙で最も理解可能なのは、宇宙が常に新しい“不可解さ”を生み出し続けることだ」と。
データが更新されるたびに、宇宙はそっと囁きかけます。
「もう一度、考えてごらん」と。
もしかすると近い未来、平坦宇宙という信念が覆されるかもしれません。
宇宙はクラインの壺か、モビウスの帯か、蜂の巣のような構造かもしれません。
私たちが想像すらできない、まったく新しい何かの可能性だってあるのです。
けれど一つだけ、確かなことがあります。
私たちを縛るのは、空間の次元ではありません。
思考の次元です。
そして思考とは、この宇宙で唯一、自ら膨張し続ける存在なのです。
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