それは科学の大きな謎の一つです。次に何が起こるのかと私たちがよく考えるのと同じように、サークルは次の質問で終わります。「前には何があったのですか?」特にビッグバンの前、すべてが始まるわずか100分の1秒前。そして今、初めて、 スーパーコンピューターとオックスフォードの科学者チームのおかげで、私たちは答えを得ることができました。
Living Reviews in Relativity に掲載され、キングス・カレッジ・ロンドンのユージン・リム氏とオックスフォード大学（英国）のジョス・オーレコエチェア氏が主導したこの研究は、次のような答えを提案している。 複雑なコンピューターシミュレーションを使用して、アインシュタインの方程式を（正確にではなく）数値的に解く 極限状況における重力に対応します。
著者らは、ビッグバンの前に何が起こったのか、私たちが多宇宙に住んでいるのか、 私たちの宇宙が隣の宇宙と衝突したのか、あるいは私たちの宇宙が衝撃音とパチパチ音のサイクルを経験したかどうか。
しかし、私たちは段階的に進んでいきます。アインシュタインの一般相対性理論の方程式は、宇宙の物体の重力と運動を記述します。しかし、時間を十分に遡ると、通常、物理法則が崩壊する特異点 (密度と温度が無限の状態) に遭遇することになります。宇宙論者は単純に このような極限環境ではアインシュタインの方程式を解くことはできません;いつもの単純化した仮定はもはや有効ではありません。そしてこれは、ブラック ホールなどの特異点や極度の重力を伴う物体にも当てはまります。
問題の 1 つは、宇宙論者が当然のことと考えていることかもしれません。通常、彼らは宇宙が「等方性」かつ「均一」であると仮定します。 どの観察者にとっても、どの方向から見ても同じように見えます。 これは、私たちの周りに見られる宇宙にとって非常に優れた近似であり、ほとんどの宇宙シナリオでアインシュタインの方程式を簡単に解くことができます。しかし、これはビッグバン時の宇宙の近似として適切でしょうか?
「街灯の周りを見回すことはできますが、それを越えることはできません、そこは暗いです;これらの方程式は単純に解くことはできません – リム氏は声明で述べています – 。 「数値相対性理論により、街灯から遠く離れた領域を探索できるようになります。」
数値相対性理論は、1960 年代と 1970 年代に、どのような種類の重力波 (時空の構造における波紋) を決定しようとして初めて提案されました。 ブラックホールが衝突して合体した場合に放出されます。 これは極端なシナリオであり、紙と鉛筆だけでアインシュタインの方程式を解くことは不可能です。高度なコンピューター コードと数値近似が必要です。
1980 年代に LIGO 実験 (重力波を正確に発見する取り組み) が提案されたとき、その開発は再び注目を集めましたが、この問題は 2005 年まで解決されませんでした。 このため、この方法が他の問題にもうまく適用できるのではないかという期待が高まりました。
何年も科学者を「悩ませている」問題は宇宙のインフレーションです。 宇宙初期の非常に急速な膨張の時期。インフレーションは当初、宇宙が今日のような姿をしている理由を説明するために提案され、初期の小さな部分から拡大していきました。
「インフレーションがなければ、多くのものが崩壊します – リム氏は付け加えます – しかし、インフレーションは現在の宇宙の状態を説明するのに役立ちますが、若い宇宙がどのようにして、なぜこれほど突然かつ短期間に加速成長したのかを誰も説明できませんでした。問題は、アインシュタインの方程式を使用してそれを検証することです。 宇宙学者は、宇宙は最初から均一で等方性だったと想定しなければなりません、インフレが説明することを意図していました。しかし、もしそれが別の状態で始まったと仮定するなら、方程式を簡単に書くのに必要な対称性を持っていないことになります。」
しかし 数値相対性理論はこの問題を回避するのに役立つかもしれない、研究では、根本的に異なる初期条件が許容されると主張しています。ただし、インフレーション前の時空のありようは無限に存在するため、これを解決するのは簡単なパズルではありません。
興味深いことに、数値相対性理論は また、ビッグバン以前に宇宙が存在したかどうかを明らかにするのにも役立つ可能性がある。おそらく、リム氏のチームの推測では、宇宙は周期的であり、古い宇宙から新しい宇宙へ「跳ね返り」、繰り返しの再生、ビッグバン、ビッグクランチを経験しているのではないか、ということです。しかし、これを分析的に解決するのは非常に難しい問題です。
「跳ねる宇宙はその良い例です。 対称性が信頼できないほど強い重力に達します – リム氏は付け加えます –いくつかのグループがすでにそれらに取り組んでいます。これまで誰もそれをしませんでした。」
これは、数値相対性理論のシミュレーションが 非常に複雑なので、動作するにはスーパーコンピューターが必要です。 これらの機械の技術が向上すれば、宇宙についての理解がさらに深まることが期待できます。
“私たちは願っています 宇宙論と数値相対論の重複を発展させ、興味のある数値相対論者が あなたのtを使用する際にそして宇宙問題を探求する皮肉屋どちらかマジシャンはそれができる – リムは結論付けます –.そして宇宙どちらか興味のあるロゴ 解決できない問題の一部を解決するには、数値相対性理論を使用できます。そしてリッチ。”
