なぜ宇宙があるのか

質問

きっかけは？
ビッグバンの種は、どういうわけで存在に至ったのか

なにもない世界でなく、空間も、時間もない世界でなく、

なぜ、宇宙の種があったのか

回答No.11

iapetus

まだ質問が閉じていなかったので、回答します。
ちょっと回りくどく長い説明になりますが、ご質問の回答のためですので、ガマンして読んで下さい。
尚、難しい数式は理解できないので、文字だけの勝手な解釈に基づいて回答しています。事実と違っていたらお詫びします。

相対性理論は、マクロ的視野で完璧に成立する理論ですが、ミクロ的視野の原子サイズにもなると、物理的現象は確率的要素が支配的になってきます。
つまり、ミクロ世界では、明確な数式で構成された相対性理論は成立しなくなってしまいます。
そこで、狭い一定範囲の空間においては、粒子が本当に確率的に存在し相互作用する（同時に空間に粒子が散在していると考えて構わない）と考える、量子力学が発達し、粒子の振る舞いを説明することに成功しました。
そして、相対性理論も、量子力学も、人類の強力なツールになったことは間違いありません。
我々が持つ携帯電話の機能のうち、GPSの正確性は、相対性理論上の速度と重力の効果による時間の遅れを補正することで成立し、マイクロチップ内の正確無比な計算機能は、量子力学で説明される電子や原子の振る舞いを前提として成立しているのです。

しかし、量子力学とて、素粒子の振る舞いは説明できても、そもそも素粒子とは何ぞや？、という説明はできていません。
それを補強するための、超弦理論が５人の物理学者により、異なるアプローチで構築されていきます。
超弦理論(Super-string theory)は、素粒子は、超ミクロサイズの振動するエネルギーの紐(弦)で構成されていることを骨子とする理論です。
そのエネルギーの紐は、１本の単純な紐、輪ゴムのような閉じた紐などがあり、さらに振動の周波数により、クオークや電子といった異なる素粒子を作る、とされ、未完成ではあるものの、量子力学が説明できていない部分を比較的うまく説明できているそうです。

５つの理論に共通する前提は、空間次元が9で、時間次元１の、計10次元が必要とされていました。
この５つの仮説は、エドワード・ウィッテンにより、相互に深く関連しており何れも超弦理論の異なる側面からの説明であることが示されました。

【超弦理論】
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E5%BC%A6%E7%90%86%E8%AB%96

さらにウィッテンはこれに1次元を追加して統合し、紐は織物のように織り込まれた面状の膜(Menbrane(薄膜)、またはBrane(膜))を構成しているのが宇宙空間である(ブレーンワールド)、とした、11次元から構成されるM理論を提唱しました。
ここでいうメンブレーンまたはブレーンとは、3次元宇宙を2次元の膜として捉える、ということです。

3次元を2次元的に捉える考え方は、既に相対性理論の説明でよく使われています。
相対性理論による質量が作り出す空間の歪みが重力であるとの説明をする際、3次元空間の歪みは人にはイメージし辛いので、伸縮するゴム膜のような面に重さのある球（天体）が乗ると、膜が天体の重さに応じて窪む、というモデルで説明がされることがあります。
http://blog-imgs-58-origin.fc2.com/t/o/t/totalmatomedia/20131123052732_1_1.jpg

M理論の理解には、自分は、同様に3次元の宇宙空間を2次元的な膜として捉えるとよいのかな？という理解をしています。
M理論のMは、ウッティン自身が「魔法(Magic)、薄膜(Membrane)、謎(Mystery)など、その人が好きなものなら何でもよい」と言って名言を避けていますが、ここでは、Membrane の M じゃないか、と勝手に推測します。
つまり、宇宙は立体の3次元から次元をひとつ減らして膜(ブレーン)のように考え、それは隣の宇宙の膜宇宙と平行に並び、カオス(ランダム)な振動を持ち、まるで風にそよぐカーテンのように常に揺れている、というのです。

【M理論】
http://ja.wikipedia.org/wiki/M%E7%90%86%E8%AB%96

【ブレーンワールド】
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%B3%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%89

そして、ブレーンのある場所が振動が重なって大きくなったとき、偶然にも隣のブレーン宇宙でも同じ位置の波が大きくなり、我々の宇宙と衝突した際、その衝突エネルギーにより新たなブレーン＝宇宙が誕生するとされます。
そのブレーン同士の衝突そのものが、ビッグバンの引き金になったのだ、と説明されるのです。

しかし、ビッグバンがブレーン同士の衝突で説明できたとしても、新たな謎がその先にあったりしますが。
・そもそも、宇宙はブレーンと考えてよいのか。
・ブレーン同士は、ブレーンが層を成せる方向の次元軸において、なぜ平行に存在し、なぜ交差するのではなく排他的に「衝突」を起こすのか。
・次のビッグバンが起こるためには、最低2枚のブレーンが必要だが、その最初の2枚のブレーンは、どうやって生まれたのか。
・なぜ最初の２枚のブレーンは衝突するほど接近して存在できた理由は何か。偶然にしては出来過ぎてはいないか。
・以上を総合すると、ビッグバンの謎は解けても、ブレーンワールドの成因が判らなくなってくる。

唯一、重力だけが他のブレーンへと伝播する、とされているらしく、隣の宇宙が誕生すればそれは重力波として観測でき、それは隣に宇宙が誕生した証拠だ、とでもできるのでしょうけど。
人類が観測できるタイミングで隣にビッグバンで宇宙が生まれた時の重力波の変化が観測ができなければ、それも理論の域を出ないということになってしまいますが。
人類は、ビッグバンに限らず、いつか宇宙の全ての謎を解明できるのでしょうか？。

お礼

回答は、コレコレだ　とズバリ書いていないので、参照のしようがないです