宇宙を静かに支配するものは何でしょうか?

定数の不思議な値

アインシュタインの一般相対性理論によれば、銀河の重力が時空をどのように曲げるかを示す図（画像：サイエンス ライブラリ）。

夜空を眺めていると、生命、星、惑星、そして人間に至るまで、宇宙がなぜ今のような形で存在しているのかと不思議に思うことがよくあります。しかし、宇宙のあらゆるものが自然の基本定数と呼ばれる特別な数字のグループによって制御されていることを知っている人はほとんどいません。

これらの数値は人間の発明ではなく、宇宙の力と物質が相互作用する方法を表す固定値です。

たとえば、真空中の光の速度は常に約 299,792,458 m/s、重力定数 G は 6.674x10⁻¹¹ m³/kg/s²、電子の質量は 9.1 x 10⁻³¹ kg などです。

これらの数字は、ほんの少しでも変化すれば、宇宙は完全に異なるものとなり、生命は存在しなくなる可能性もあります。大きな疑問は、なぜそれらの数字にそれだけの価値があるのか​​ということです。彼らはどこから来たのですか？それは偶然でしょうか？

物理学のおかげで、私たちは石の落下から宇宙全体の膨張に至るまで、世界を説明する非常に正確な方程式やモデルを構築することができます。ただし、すべての方程式には何らかの入力値、つまり定数を「入力」する必要があります。

それらは現代物理学の建物を支える「梁」のようなものです。しかし不思議なことに、現在の理論ではそれらがどこから来たのかを説明できません。科学者は実験値を測定し、それをモデルに組み込む方法しか知りません。

ボールの動きをシミュレートしていると想像してください。ニュートンの法則を使って力を説明することはできますが、「重力の強さはどれくらいか」を知る必要があります。それはモデルから得られるものではなく、現実から測定されなければなりません。

同様に、電磁力の強さ、プランク定数、素粒子の比率などの定数はすべて、現在の基礎理論からは計算できない「与えられた」パラメータです。

定数は本当に「不変」なのでしょうか?

アインシュタインは、時空の「曲率」の度合いを説明するために不可欠な量である重力定数 G の概念を含む一般相対性理論を提唱した人物である (写真: Getty)。

物理学者が「これらの数値は本当に「一定」なのか、つまり決して変化しないのか？」と問うと、この問題はさらに興味深いものになります。

もしそれらのいずれかが、時間、空間、または物理的状況によって、たとえわずかでも変化するならば、それはそれらが真に根本的なものではなく、人類がまだ発見していないより深い理論の単なる現れであることを意味します。

これをテストするために、科学者たちは地球と宇宙の両方で非常に精密な実験を数多く計画してきました。研究室では原子時計が使われています。これは、原子の振動の最小の変化を検出し、微細構造定数 (FSC) などの定数の時間経過に伴う変化を追跡できる、非常に高度な装置です。

現在までに、測定精度は年間10億分の1の変化を検出できるレベルに達していますが、大きな変化は記録されていません。

天文学の分野では、研究者は地球から数十億光年離れた極めて明るい天体であるクエーサーからの光を観測しています。それに加えて、宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) の分析も行われます。それらは宇宙が形成された瞬間からの光の残骸です。

ここでの考え方は、遠い過去に定数が変化した場合、遠くの天体からの光が影響を受け、違いが現れるというものです。しかし、観測では依然としてこれらの定数の奇妙な安定性が示されています。

これらが一定であるとは 100% 確信できないことは注目に値します。たとえ変化が検出されなかったとしても、測定には常にある程度の不確実性が存在するため、定数は変化しているがその変化率が検出できないほど小さい可能性が常に存在します。

宇宙にはまだ多くの謎がある

基本定数は単なる数字ではなく、宇宙の存在全体を形作る基礎です。それらは、力がどのように相互作用し、原子がどのように形成され、星がどのように明るく輝き、生命がどのように発達するかを決定します。

もしこれらの数字がほんの少しでも間違っていたら、宇宙は私たちが知っているように空っぽで、混沌としていて、まったく生命のない状態になっていたでしょう。

しかし、科学では「なぜそうなるのか？」をまだ説明できません。定数はランダムな結果ですか?それとも、それは私たちの現在の理解を超えた、より深い宇宙論の理論の現れなのでしょうか?

まだ答えは見つからないかもしれないが、疑問を持ち続け、それについて学び続けることで、相対性理論や量子力学が20世紀の科学を揺るがしたのと同じように、人類は現代物理学の大きな転換点を迎えることになるかもしれない。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm