What is the universe expanding into? - Sajan Saini

翻訳: Masako Kigami 校正: Tomoyuki Suzuki

The universe began its cosmic life in a big bang

ビッグバンで 宇宙が誕生したのは

nearly fourteen billion years ago,

140億年くらい前のことです

and has been expanding ever since.

宇宙は今も膨張していますが

But what is it expanding into?

何に向かってでしょうか？

That's a complicated question.

とても難しい質問です

Here's why:

なぜなら

Einstein's equations of general relativity

アインシュタインの 一般相対性理論の方程式では

describe space and time as a kind of inter-connected

時間と空間を 互いに絡み合う 宇宙を構成するものとして

fabric for the universe.

記述しています

This means that what we know of as space and time

つまり 私たちが認識している 時間と空間は

exist only as part of the universe and not beyond it.

宇宙の一部としてのみ存在し その外側にはないのです

Now, when everyday objects expand, they move out

さて 日常の物体が膨張すると

より外側の空間へと広がっていきます

into more space.

But if there is no such thing as space to expand into,

でも 膨張する空間が 無いということならば

what does expanding even mean?

膨張するというのは 一体どう意味なのでしょうか？

In 1929 Edwin Hubble's astronomy observations

1929年 エドウィン・ハッブルによる 天体観測が

gave us a definitive answer.

明解な答えを出しました

His survey of the night sky found all faraway galaxies

彼は夜空を観測して 全ての遠くの銀河が

recede, or move away, from the Earth.

地球から遠ざかる つまり 離れて行くことに気付きました

Moreover, the further the galaxy, the faster it recedes.

その上 遠い銀河ほど より速いスピートで離れていきます

How can we interpret this?

どう考えればいいのでしょうか？

Consider a loaf of raisin bread rising in the oven.

オーブンで膨らむ ぶどうパンで考えてみましょう

The batter rises by the same amount in between each

各レーズンの間の生地は

均等に膨らみます

and every raisin.

If we think of raisins as a stand-in for galaxies,

レーズンが銀河で

and batter as the space between them,

生地が銀河間の空間とすると

we can imagine that the stretching or expansion

銀河間の空間の伸張もしくは膨張で

of intergalactic space will make the galaxies recede from each other,

銀河が互いに離れて行きます

and for any galaxy, its faraway neighbors will recede a larger

どの銀河からみても 近くの銀河よりも

遠く離れた銀河の方が 同じ時間の中で

distance than the nearby ones

in the same amount of time.

より遠くに離れていきます

Sure enough, the equations of general relativity predict a cosmic

はたして 一般相対性理論の方程式は

宇宙における重力と膨張の 綱引きを予測します

tug-of-war between gravity and expansion.

It's only in the dark void between galaxies where expansion wins out,

銀河間の真っ黒な空間でのみ 膨張が打ち勝ち

and space stretches.

宇宙は広がるのです

So there's our answer.

これが答えです

The universe is expanding unto itself.

宇宙は自分自身に向かって 膨張しています

That said, cosmologists are pushing the limits of mathematical models

だから 宇宙学者は 数学模型の限界を押し広げて

to speculate on what, if anything, exists beyond our spacetime.

時空を超えて存在する 何かを推測します

These aren't wild guesses, but hypotheses that tackle

当てずっぽうではなく

ビッグバンの科学的理論にある 欠陥を解決しようとする仮説です

kinks in the scientific theory of the Big Bang.

The Big Bang predicts matter to be distributed evenly across the universe,

ビッグバンは 物質が宇宙全体に 均等に希薄なガスとして広がると予測しています

as a sparse gas --but then, how did galaxies and stars come to be?

でも そうだとしたら銀河や星は どのように形成されたのでしょうか？

The inflationary model describes a brief era

インフレーション模型は

短期間の極めて急激な 膨張を記述します

of incredibly rapid expansion

that relates quantum fluctuations in the energy of the early universe,

これは宇宙初期の エネルギーの量子的ゆらぎを

to the formation of clumps of gas that eventually led to galaxies.

最終的に銀河となる 集積したガスの形成と 関係づけています

If we accept this paradigm, it may also imply our universe represents

このパラダイムが正しいなら 我たちの宇宙は無限、永遠に膨張する―

one region in a greater cosmic reality that undergoes endless, eternal inflation.

より大きな意味での宇宙の実体における １領域であることを意味します

We know nothing of this speculative inflating reality,

我々はこの推測的な膨張する実体について 何も分かっていませんが

save for the mathematical prediction that its endless expansion

例外は 数学的な予測によれば 無限の膨張は

may be driven by an unstable quantum energy state.

不安定な量子エネルギー状態により 引き起こされるだろうということです

In many local regions, however, the energy may settle by random

しかし局所的な領域の多くでは ランダムな結果として

chance into a stable state, stopping inflation and forming bubble universes.

エネルギー状態が安定状態に落ち着き 膨張を止め 泡宇宙を形成するのかもしれません

Each bubble universe —ours being one of them

それぞれの泡宇宙は ―我たちの宇宙もその１つですが―

—would be described by its own Big Bang and laws of physics.

固有のビッグバンや 物理法則で記述されるのでしょう

Our universe would be part of a greater multiverse,

私たちの宇宙がより大きな 多元宇宙の一部であり

in which the fantastic rate of eternal inflation makes it impossible

驚異的な速さで 無限の膨張が起こるので

for us to encounter a neighbor universe.

隣の宇宙と遭遇することは 不可能なのかもしれません

The Big Bang also predicts that in the early, hot universe, our fundamental forces

ビッグバン理論は 初期の高温宇宙では

基本的な力が１つのスーパーフォースに 統一される可能性も予測しています

may unify into one super-force.

Mathematical string theories suggest descriptions of this unification,

数学的なひも理論は 亜原子粒子であるクォークや電子の

in addition to a fundamental structure for sub-atomic quarks and electrons.

基本構造に加え このような統一について 説明しています

In these proposed models, vibrating strings are the building blocks of the universe.

提案された模型では 振動する弦が 宇宙の構成要素なのです

Competing models for strings have now been consolidated into a unified description,

弦の競合する模型が現在では 統一的記述によってまとめられ

and suggest these structures may interact with massive, higher dimensional surfaces called branes.

これらの構造が大規模で高次元の「膜」 という面と相互作用するだろうと提案しています

Our universe may be contained within one such brane,

私たちの宇宙はそんな膜の１つに含まれており 戯れに名付けられた「バルク」―

floating in an unknown higher dimensional place, playfully named “the bulk,” or hyperspace.

つまり超空間という未知の高次元に 浮かんでいるのかもしれません

Other branes—containing other types of universes—may co-exist in hyperspace,

その他の型の宇宙をを含む 他の膜は超空間で共存し

and neighboring branes may even share certain fundamental forces like gravity.

隣同士の膜は重力のような基本的な力を 共有さえするかもしれません

Both eternal inflation and branes describe a multiverse,

無限の膨張も膜も 多元宇宙を説明していますが

but while universes in eternal inflation are isolated, brane universes could bump into each other.

無限に膨張する宇宙が孤立している一方 膜宇宙は互いに衝突することもあり得ます

An echo of such a collision may appear in the cosmic microwave background

衝突の反響がビッグバン初期の名残である 宇宙マイクロ波背景放射―

—a soup of radiation throughout our universe, that’s a relic from an early Big Bang era.

私たちの宇宙全体にこだまする輻射に 現れているのかもしれません

So far, though, we’ve found no such cosmic echo.

今までのところ そのような 宇宙の反響は見つかっていません

Some suspect these differing multiverse hypotheses may eventually coalesce into a common description,

これらの異なる多元宇宙論も最終的には 共通の記述にまとめられるか

or be replaced by something else.

他の何かに置き換えられることになると 考える者もいます

As it stands now, they’re speculative explorations of mathematical models.

今のところ これらの理論は 数学的模型による推論的な探索です

While these models are inspired and guided by many scientific experiments,

これらの模型が多くの科学実験に ヒントを得 方向性を得る一方で

there are very few objective experiments to directly test them, yet.

それらを直接試す客観的な実験は 今のところほとんどありません

Until the next Edwin Hubble comes along,

次のエドウィン・ハッブルが現れるまで

scientists will likely be left to argue about the elegance of their competing models…

科学者たちは ただ競合する模型の 簡潔さについて議論するに留まることでしょう

and continue to dream about what, if anything, lies beyond our universe.

そして私たちの宇宙の向こうに 何かがあるとして それを夢想し続けるのです