ゼロエネルギー宇宙仮説は、宇宙のエネルギーの総量が正確にゼロであると提唱しています。つまり、物質の形での正のエネルギーの量が、重力の形での負のエネルギーによって正確に相殺されるということです。[ 1 ]ローレンス・クラウス、スティーブン・ホーキング、アレクサンダー・ヴィレンキンなどの物理学者は、この状態を「無からの宇宙」と呼んでいますが、ゼロエネルギー宇宙モデルでは、正のエネルギーを持つ物質場と負のエネルギーを持つ重力場の両方が存在する必要があります。[ 2 ]この仮説は、一般向けの資料で広く議論されています。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]他の相殺の例としては、物体の右巻きと左巻きの角運動量（一般的には「スピン」と呼ばれる）の対称的な優勢、観測された宇宙の平坦性、正と負の電荷の均等な優勢、量子力学における反対の粒子スピン、電磁波の山と谷などが挙げられます。
歴史
第二次世界大戦中、パスカル・ジョルダンは、星の質量の正のエネルギーと重力場の負のエネルギーを合わせると合計エネルギーがゼロになる可能性があるため、エネルギー保存則は真空の量子遷移によって星が作られることを妨げないだろうと初めて提唱した。ジョージ・ガモフはこの考えをアルバート・アインシュタインに伝えた時のことを回想している。「アインシュタインは立ち止まり、私たちが道路を渡っていたので、何台かの車が私たちを轢かないように止まらなければならなかった」。[ 6 ]この概念の展開は遅く、最初の注目すべき計算は1962年にリチャード・ファインマンによって行われた。[ 7 ]このテーマに関する最初の既知の出版物は1973年で、エドワード・トライオンがネイチャー誌で、宇宙は真空エネルギーの大規模な量子ゆらぎから出現し、その結果、正の質量エネルギーが負の重力ポテンシャルエネルギーと正確に釣り合っていると提唱した。[ 4 ]その後の数十年間、この概念の発展は、計算された質量が座標系の選択に依存するという問題に常に悩まされてきた。特に、全宇宙と共回転する座標系に関連するエネルギーが原因で問題が生じる。[ 7 ]最初の制約は、1987年にアラン・グースが重力エネルギーが負であることの証明を発表したときに導き出された。[ 8 ]ヌルの初期解から正と負の両方のエネルギーを生成することを可能にするメカニズムの問題は理解されておらず、1988年にスティーブン・ホーキングが周期的な時間によるアドホックな解決策を提案した。[ 9 ] [ 10 ]
1994年、ネイサン・ローゼンによる論文[12]の発表を受けて、理論の発展が再開された[11 ]。ローゼンはこの論文で、閉じた宇宙の特殊なケースについて記述している。1995年、JVジョーリは、フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー計量に準拠する任意の宇宙において、ローゼンの宇宙の全エネルギーがゼロであることを示し、若い宇宙におけるインフレーション駆動による物質生成のメカニズムを提案した[ 13 ] 。観測可能な宇宙を表すミンコフスキー空間のゼロエネルギー解は2009年に提供された[ 7 ]。
ホーキング博士は著書『ビッグ・クエスチョンへの簡潔な回答』の中で、次のように説明しています。
物理法則は、「負のエネルギー」と呼ばれるものの存在を要求する。
この奇妙だが重要な概念を理解するために、簡単な例え話をしましょう。ある男が平地に丘を作ろうとしていると想像してください。その丘は宇宙を表します。彼は丘を作るために地面に穴を掘り、その土を使って丘を掘ります。しかしもちろん、彼は丘を作っているだけではありません。穴も作っているのです。つまり、丘の負のバージョンです。穴の中にあったものが丘になったので、すべてが完璧にバランスが取れています。これが宇宙の始まりに起こったことの原理です。ビッグバンが膨大な量の正のエネルギーを生み出したとき、同時に同じ量の負のエネルギーも生み出しました。このようにして、正と負の合計は常にゼロになります。これも自然の法則です。では、今日、この負のエネルギーはどこにあるのでしょうか？それは、宇宙の料理本の3番目の材料、つまり宇宙空間にあります。これは奇妙に聞こえるかもしれませんが、重力と運動に関する自然の法則（科学で最も古い法則の一つ）によれば、宇宙空間そのものが膨大な負のエネルギーの貯蔵庫なのです。全てを合計するとゼロになるのに十分な量。[ 14 ]
量子宇宙論におけるいくつかの研究は、ゼロエネルギー宇宙仮説の具体的な実現を提供している。[ 15 ]
実験上の制約
観測可能な宇宙が「ゼロエネルギー宇宙」であるという実験的証明は、現時点では決定的なものではない。可視物質からの重力エネルギーは、観測された全質量エネルギー密度の 26〜37% を占める。[ 16 ]したがって、「ゼロエネルギー宇宙」の概念を観測された宇宙に適合させるには、バリオン物質からの重力以外の負のエネルギー貯蔵庫が必要となる。これらの貯蔵庫は、しばしば暗黒物質であると想定されている。[ 17 ]
参考文献
- ↑ 「AAIでのローレンス・クラウスによる『無からの宇宙』講演」。YouTube 。 2009年。2021年12月15日のオリジナルからアーカイブ。2011年10月17日取得。
- ↑イシャム、クリストファー（1994年7月14日）。量子宇宙論と宇宙の起源（講演）。宇宙と創造に関する会議での講演。ケンブリッジ大学。
- ↑ローレンス・M・クラウス（2012）。『無からの宇宙：なぜ無ではなく何かが存在するのか』サイモン＆シュスター、 150-151頁。ISBN 978-1-4516-2445-8。
- 1 2エドワード・P・トライオン、「宇宙は真空のゆらぎか？」、ネイチャー、第246巻、396-397ページ、1973年。
- ↑バークレー研究所、スムートグループ – http://aether.lbl.gov – インフレーション入門、ジョン・グリビン著、2014年アーカイブ
- ↑『アインシュタインを超えて：宇宙論をめぐる宇宙の探求』ミチオ・カク、ジェニファー・トレーナー・トンプソン著、オックスフォード大学出版局、1997年、189ページ
- 1 2 3 Berman, Marcelo Samuel (2009). "On the Zero-Energy Universe". International Journal of Theoretical Physics . 48 (11): 3278–3286 . arXiv : gr-qc/0605063 . Bibcode : 2009IJTP...48.3278B . doi : 10.1007/s10773-009-0125-8 . S2CID 119482227 .
- ↑アラン・ガス著『インフレーション宇宙』（ ISBN 0-224-04448-6付録A。
- ↑スティーブン・ホーキング著『時間の簡潔な歴史』129ページ。
- ↑「特異点など存在しなかったと結論づけることもできるでしょう。重要なのは、原材料がどこから来る必要もないということです。強い重力場があれば、物質を作り出すことができます。宇宙には、時間的に一定の量は実際には存在しないのかもしれません。物質の量は一定ではありません。なぜなら、物質は創造されたり破壊されたりするからです。しかし、宇宙のエネルギーは一定であると言えるかもしれません。なぜなら、物質を創造するにはエネルギーが必要だからです。そしてある意味で、宇宙のエネルギーは一定です。その値はゼロです。物質の正のエネルギーは、重力場の負のエネルギーによって正確にバランスが取れています。つまり、宇宙はゼロのエネルギーから始まり、それでも物質を作り出すことができるのです。明らかに、宇宙はある特定の時点で始まります。では、何が宇宙を始動させたのか、と問うことができます。宇宙には必ずしも始まりがある必要はありません。空間と時間は、地球の表面のようなものかもしれませんが、緯度が時間の役割を果たす2つの次元が追加されているのかもしれません。」 ―スティーブン・ホーキング、「宇宙に境界があるなら、神は存在するに違いない」（インタビュー）、レネー・ウェーバー編『科学者と賢人との対話：統一の探求』 、1986年。（また、 『ザ・サイエンティスト』誌、第1巻、第7号、1987年2月23日、15ページに「宇宙の境界としての神」として一部再録されている。）
- ↑ Xulu, SS (2000). "ビアンキ型I宇宙の全エネルギー". Int. J. Theor. Phys . 39 (4): 1153–1161 . arXiv : gr-qc/9910015 . Bibcode : 2000IJTP...39.1153X . doi : 10.1023/A:1003670928681 . S2CID 15413640 .
- ↑ローゼン、ネイサン（1994年3月）。 「宇宙のエネルギー」。一般相対性理論と重力。26 （ 3 ）：319–321。Bibcode：1994GReGr..26..319R。doi：10.1007/BF02108013。S2CID 121139141。
- ↑ Johri, VB; Kalligas, D.; Singh, GP; Everitt, CWF (1995年3月)「膨張する宇宙における重力エネルギー」一般相対性理論と重力27 ( 3): 313– 318. Bibcode : 1995GReGr..27..313J . doi : 10.1007/BF02109127 . S2CID 120110466 .
- ↑ホーキング、スティーブン（2018）。『ビッグ・クエスチョンへの簡潔な答え』ニューヨーク：バンタムブックス。32ページ。ISBN 978-1-9848-1919-2。
- ↑ Ali Kaya (2019). "宇宙の初期波動関数は任意である". Modern Physics Letters A . 34 . arXiv : 1901.00199 . doi : 10.1142/S021773231950295X .
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- ↑ Popławski, Nikodem J. (2014). "宇宙のエネルギーと運動量". Classical and Quantum Gravity . 31 (6) 065005. arXiv : 1305.6977 . Bibcode : 2014CQGra..31f5005P . doi : 10.1088/0264-9381/31/6/065005 . S2CID 118593046 .
