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| You might not think that cosmologists could feel claustrophobic in a universe that is 46 billion light-years in radius and filled with sextillions of stars. But one of the emerging themes of 21st-century cosmology is that the known universe, the sum of all we can see, may just be a tiny region in the full extent of space. Various types of parallel universes that make up a grand "multiverse" often arise as side effects of cosmological theories. We have little hope of ever directly observing those other universes, though, because they are either too far away or somehow detached from our own universe. |
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半径460億光年の空間に数十垓〔10垓（がい）は1021，１兆の10億倍〕の星が存在するこの宇宙。それでも狭苦しい？宇宙論研究者がひどい閉所恐怖症というわけではないのだが，最新の理論によると，私たちの観測可能な宇宙は宇宙全体のごく一部にすぎないようだ。
さまざまなタイプの並行宇宙があり，全体として壮大なマルチバース（多宇宙）を作り上げている──そんな並行宇宙の存在が理論研究から浮かび上がってきた（M. テグマーク「並行宇宙は実在する」日経サイエンス2003年８月号，別冊日経サイエンス149『時空の起源に迫る宇宙論』にも収録）。もっとも，そうした別の宇宙を直接に観測できるかというと，望みは薄い。あまりにも遠すぎるか，私たちの宇宙とはある意味で“切り離された”存在だからだ。 |
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| Some parallel universes, however, could be separate from but still able to interact with ours, in which case we could detect their direct effects. The possibility of these worlds came to cosmologists' attention by way of string theory, the leading candidate for the foundational laws of nature. Although the eponymous strings of string theory are extremely small, the principles governing their properties also predict new kinds of larger membranelike objects―"branes," for short. In particular, our universe may be a three-dimensional brane in its own right, living inside a nine-dimensional space. The reshaping of higher-dimensional space and collisions between different universes may have led to some of the features that astronomers observe today. |
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だが，数ある並行宇宙のなかには，私たちの宇宙と離れていながらも影響を及ぼしているものがありうる。その場合，この影響を検出できるだろう。こうした別世界が存在する可能性は，ひも理論（弦理論）の研究によって示された。自然界の根本法則（究極理論）の最有力候補とされる理論だ。
ひも理論の名前の由来ともなった「ひも（string）」自体は極めて小さなものだが，その特性を支配する原理から，もっと大きな膜のような物体「ブレーン」の存在が導かれる。私たちの宇宙は３次元のブレーンにほかならず，それが９次元空間のなかに浮かんでいるのかもしれない。この高次元空間の変形と，別の宇宙どうしの衝突によって，私たちの宇宙に現在観測されているような構造が生まれてきたのかもしれない。 |
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| String theory has received some unfavorable press of late. The criticisms are varied and beyond the scope of this article, but the most pertinent is that it has yet to be tested experimentally. That is a legitimate worry. It is less a criticism of string theory, though, than a restatement of the general difficulty of testing theories about extremely small scales. All proposed foundational laws encounter the same problem, including other proposals such as loop quantum gravity. String theorists continue to seek ways to test their theory. One approach with promise is to study how it might explain mysterious aspects of our universe, foremost among which is the way the pace of cosmic expansion has changed over time. |
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ひも理論の評判は最近まであまり芳しくなかった。いろいろな批判があり，その内容を紹介するのがこの記事の主題ではないので詳しくは述べないが，最も当を得た批判は「いまだに実験によって検証されていない」というものだ。もっともな心配といえよう。
しかしこれは，ひも理論に対する批判というよりも，極微の事象を扱う理論がおしなべて抱えている一般的な困難を述べているにすぎない。ループ量子重力理論など，他の基本理論も同じ問題に直面している（L. スモーリン「時空の原子を追うループ量子重力理論」日経サイエンス2004年４月号，別冊149『時空の起源に迫る宇宙論』）。
ひも理論研究者は検証の方法を探し続けている。有望なアプローチとして，私たちの宇宙の奇妙な謎をひも理論で説明できるかどうかを見るという道がある。謎の筆頭は，初期宇宙の膨張ペースが時間変化した様子だ。 |
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Going for a Ride
Next year will be the 10th anniversary of the announcement that the universe is expanding at an ever quickening pace, driven by some unidentified constituent known as dark energy. Most cosmologists think that an even faster period of accelerated expansion, known as inflation, also occurred long before atoms, let alone galaxies, came into being. The universe's temperature shortly after this early inflationary period was billions of times higher than any yet observed on Earth. Cosmologists and elementary particle physicists find themselves making common cause to try to learn the fundamental laws of physics at such high temperatures. This cross-fertilization of ideas is stimulating a thorough rethinking of the early universe in terms of string theory. |
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宇宙膨張のジェットコースター
その原動力は？
2008年は「宇宙の加速膨張」が発見されて10周年にあたる。宇宙が膨張するスピードはどんどん上がっており，この加速をもたらしているのが暗黒エネルギー（ダークエネルギー）という未知の成分だ。
これとは別に，もっと急速な加速膨張の時代がかつてあったと考えられている。宇宙の最初期，銀河はもとより原子が生まれるよりもずっと前に起きた「インフレーション」という膨張だ。このインフレーション期直後の宇宙は非常な高温で，これまでに地球上で観測された最高温の数十億倍もあった。そんな超高温でどんな物理法則が支配していたのかを探るべく，宇宙論研究者と素粒子物理学者は連携した。両者が互いに影響を与え合い，ひも理論によって初期宇宙を根本的に考え直す研究が進みつつある。 |
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| The concept of inflation emerged to explain a number of simple yet puzzling observations. Many of these involve the cosmic microwave background radiation (CMBR), a fossil relic of the hot early universe. For instance, the CMBR reveals that our early universe was almost perfectly uniform―which is strange because none of the usual processes that homogenize matter (such as fluid flow) would have had time to operate. In the early 1980s Alan H. Guth, now at the Massachusetts Institute of Technology, found that an extremely rapid period of expansion could account for this homogeneity. Such an accelerating expansion diluted any preexisting matter and smoothed out deviations in density. |
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インフレーションの考え方は，いくつかの単純だが奇妙な観測結果を説明するために生まれた。灼熱の初期宇宙の名残を伝える“化石”である宇宙マイクロ波背景放射の観測結果から，奇妙な点が浮かび上がっていた。例えば，背景放射のデータによると，初期宇宙はほぼ完璧に均一だったことになる。しかし，これはおかしい。物質を均一に広めるような通常のプロセス（例えば流体の流れなど）が働く十分な時間はなかったはずなのだから。
1980年代初め，現在はマサチューセッツ工科大学にいるグース（Alan H. Guth）が，宇宙が極めて急速に膨張したとすればこの均一さに説明がつくことを発見した。そうした加速膨張によって物質が薄まり，密度の濃淡もならされたと考えられる（A. H. グース／P. J. スタインハート「インフレーション宇宙」日経サイエンス1984年７月号，A. リンデ「自己増殖するインフレーション宇宙」日経サイエンス1995年１月号）。 |
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