角由紀子の「ビゲローコンテストチャレンジ」その２

アメリカの大富豪ロバート・ビゲローが主催する死後の世界についての論文コンテストに私、角由紀子は経営戦略コンサルタントで地下クイズ王の鈴木貴博さんと組んでチャレンジしました。

全部で５章からなる死後の世界の存在証明論文。これが第二章です。noteの書式上、数式が少しわかりにくく表記されてしまいますがその点はご容赦ください。

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2　ダークマターと余剰次元のブレーンワールド、それぞれの特性

　この章ではダークマターとブレーンワールドについてその特性を詳しく議論していく。なぜその議論が必要かというと、物理学の定説では余剰次元は霊魂のような生命体が存在できない荒涼とした不毛な世界でかつその世界はわれわれの世界とコンタクトをとることができないと考える科学者のほうが多いからだ。
　背景理由として広く知られているダークマターの特性とわれわれが知っている霊魂の特性が違うこと。そして広く知られているブレーンワールドの特性からは、われわれが死後の世界に行くことができないと一般には考えられること。このふたつの矛盾は死後の世界の探求には放置できない問題だ。
　先にこの章の結論を述べると、荒涼とした世界を創るダークマター粒子の方が宇宙の中での絶対量が多いのだが、それと違う性質のダークマター粒子も一定量存在するということ。そのためそれら一部のダークマターがわれわれ心霊研究家が知っているような霊魂の性質を持つことができる。
　もうひとつ、われわれの３次元宇宙と霊魂のいる余剰次元宇宙が隔離されているというのがブレーンワールドの考え方だ。しかし超ひも理論では実はこのふたつの世界をつなぐ手段が許されていることだ。
　つまり「ダークマターが霊魂で、余剰次元が死後の世界だ」という主張は物理学者の定説とは異なるため直感的には違和感を覚えるが、よくよく考察すると次第にその主張の方が正しいことがわかってくる。その細部をこの章で検討したい。
　まず最初に、ダークマターについてわかっていることを簡単に説明しておく。宇宙観測の結果からダークマターは確実に存在していることがわかっている。銀河全体でのダークマターの質量は、われわれの目に見える天体の合計の5倍になる。この世界には原子や電子、光子などわれわれがよく知っている物質よりもダークマターの方がずっと存在量は多いのだ。
　ダークマターをわれわれは見ることができない。ダークマターは光と相互作用しないからだ。素粒子物理学に登場する電磁気力、強い力、弱い力、重力の4つの力のうちダークマターは重力とだけはしっかりと相互作用することからその存在が確信される。
　ダークマターの正体については未知の粒子説以外にも複数の候補がある。実際ダークマターの正体はひとつではなく、おそらく複数の候補がわれわれの宇宙と余剰次元に同時に存在していて、それらの総量をわれわれがダークマターだと認識している可能性がある。
　われわれがすでによく知っている粒子が構成するダークマターの候補はわれわれの次元に存在する。それはブラックホールのように光が脱出できない天体、中性子星、厳密には光と相互作用する物質からできているのだが光が微小すぎて観測不可能な褐色矮星、浮遊惑星のような天体、そして質量を持つニュートリノである。
　ただそれら既知の粒子からなる天体や物質だけがダークマターだとすると、理論的に予測されるそれらの天体や物体の存在量を足し合わせても質量がまったく足りない。この宇宙には未知の粒子からなるダークマターも大量に存在しているのだ。
　ダークマターの特徴について興味深い天体観測結果がある。弾丸銀河団の衝突合体である。衝突するふたつの銀河の観測から、宇宙規模のダークマターの塊同士の衝突の様子がわかったのだ。
　衝突して合体した少なくともふたつの銀河団は衝突の際にお互いに電磁気力で相互作用をして、その結果合体した銀河の中心部に停滞していることが観測できる。
　ところが重力分布の計算からはダークマターの塊は銀河が衝突してもそれをすり抜けていることがわかる。それだけではなくダークマター同士もお互いをもすり抜けてしまっているのだ。つまり弾丸銀河団の質量の大半を占めるダークマターは既知の物質と相互作用しないだけでなく、お互いの間にも重力以外の力が働かずにすり抜けてしまう。
　これに近い性質を持つ既知の物質がニュートリノである。しかしニュートリノは非常に軽く、光速に近い速度で直線的に動く。そしてガスのように銀河内にとどまることがなく、宇宙の果てまで飛んで行ってしまう。
　だから弾丸銀河団のダークマターの塊の大部分は、ブラックホールや中性子星などの見えない天体やニュートリノ以外の未知の粒子である可能性が高い。これがダークマターの大半は未知の粒子であると多くの科学者が考える根拠である。
　ちなみにダークマター同士が相互作用しない、つまり粒子がくっついたり反発したりしないというのはダークマター霊魂説にとっては都合が悪い。後述するように霊魂が意識を持つとすれば、霊魂は生命体として高分子的な構造を持つはずだからだ。相互作用しないダークマターは定義により原子よりも大きな構造は作らない。
　しかしこの点について次の事実から「心配はいらない」とわれわれは考える。ここがこの章の冒頭で述べた「よくよく検討すると見えてくる点」である。
　このわれわれの宇宙だって銀河を構成する大半の原子は水素かヘリウムである。それらの原子が一番集積している場所が恒星で、そこでは核融合により水素がヘリウムに変わるという単純な世界しか観察できない。
　ところが望遠鏡を近づけてみるとその周囲にケイ素やアルミニウムや鉄などのレアな物質を含む岩石惑星があり、惑星によっては水や酸素、窒素がふんだんにあり、さらにそのひとつである地球には炭水化物やたんぱく質など高分子からなる有機物が形成され、生物が誕生している。われわれ生物は、宇宙全体で見ればレアな粒子からうまれたレアな存在である。
　ダークマターも同じ理屈で観察事実をとらえるべきだ。銀河全体でみればお互いに相互作用しないシンプルな物質が大半だが、惑星の近辺にはよりレアなタイプのダークマター粒子が集まっていると考えるのはおかしな考えではない。少なくともダークマターの候補である未知の粒子はいくつもの種類がある。そしてそのレアなタイプのダークマターが高分子的に結合して霊魂に進化したと考えることはできる。
　後述するようにもしダークマターの大多数が「余剰次元に閉じ込められている超対称性粒子」であれば、超ひも理論からその種類は大きく分類するとスクォークが6種類、スレプトンが6種類、ゲージーノが4種類、ヒグシーノが3種類は存在するであろうと予言されている。そしてそれぞれの粒子の特性もある程度予想されている。つまりそこに存在するダークマター候補の粒子は一種類ではない。
　われわれの世界ではクォークが陽子や中性子を構成し、それがレプトンと一緒になって原子を構成し、原子同士が電磁気力で結合している。それと同じような複雑な物質構造が超対称性粒子の世界でも発生しているというのがひとつの有力な仮説である。
　一方で余剰次元に閉じ込められているダークマターは我々がまったく知らない未知の素粒子である可能性もある。
　そもそも超ひも理論では素粒子はひもの振動数以外に張力でもその性質が異なると考えられる。余剰次元空間の張力がわれわれの世界と異なれば、そこに存在する素粒子は当然のことながらわれわれの知っている性質とは異なる性質を持つだろう。そしてひもの振動数の違いによってそこにもさまざまな種類の粒子が存在するはずだ。
　そうだとすれば余剰次元の粒子の性格に関しては不確定要素が大きすぎる。であるがゆえに余剰次元は単一のダークマターが分布する荒涼とした世界だと断ずることには無理があるだろう。
　いずれにしても余剰次元世界に霊魂が存在するかしないかは、この先の4章で提案するような実験を行えば検証できる。余剰次元世界の粒子の特性については、その後でその性質を論じるほうが早道だろう。
　レアな粒子が霊魂であり、その性質は弾丸銀河団の天体観測の結果からわかる一番ありふれたダークマターとは違う性質の粒子だと考えれば、霊魂とステレオタイプのダークマターの性質が違うこと自体は矛盾ではなくなる。これがこの章の前半の主張である。
　それでは次に、ブレーンワールド理論の詳細を説明したい。
　1995年の第二次超ひも理論革命以前には、10次元（9次元空間と1次元の時間）宇宙のうち、われわれが良く知っている3次元空間以外の6次元空間はカラビ・ヤウ図形と呼ばれる複雑な空間図形の形でプランクスケール規模の極小空間に巻き込まれていると考えられていた。
　しかしM理論の登場で、それらの空間は必ずしも巻き込まれずにわれわれの宇宙の外側に余剰次元空間として広がっていてもおかしくはないことが理論的に判明した。条件としては余剰次元が巻き上げられる代わりに、われわれの宇宙が3ブレーンと呼ばれる3次元を覆おう膜で包まれていればいいのだ。

　図2-1は超ひも理論のブレーンワールドモデルを解説する際によく使われる図だ。図2-1aの2次元の板で表現されているのがひとつの巨大な3次元ブレーンで、隔離されたわれわれの宇宙を意味している。2次元の板には端が描かれているが、実際のわれわれの宇宙は半径450億光年以上の空間に広がっていてわれわれからその端は見えない。
　このブレーンでは両端の開いたひもはそれぞれの端がブレーンに囚われて、ブレーンの外には出ていくことができない。
　われわれの知っている標準モデルの粒子はひとつの例外である重力子を除いてすべて両端が開いたひもでできている。だからわれわれの世界が３次元の３ブレーンワールドである場合には、われわれの世界を構成する粒子は全て両端を膜にとらわれてブレーンの外にある余剰次元には出ていくことができない。
　さて超ひも理論を解説する教科書にはよく図2-1bのような複数のブレーンワールドも描かれる。ひとつのブレーンの横に別のブレーンがある。そこは別の世界で、そのブレーンにも両端の開いたひもが同様に囚われている。
　ふたつのブレーン間を行き来して、近接ブレーンの粒子と相互作用することができるのは、既知の素粒子の中では重力子だけである。なぜなら重力子は端のない輪っかの形をしたひもでできているからだ。
　そのため図2-1bのようなふたつのブレーンが存在する世界では片側の世界に存在する粒子はもう片側の世界から見れば自動的にダークマターとなる。重力によって質量が存在することはわかるのだが、その質量をもたらす物体を光を通じて視ることができないのだ。
　さらに図2-1cのようなブレーンワールドもよく描かれる。両端の開いたひもの片方があるブレーンに囚われているが、もうひとつの別の端は別のブレーンに囚われている。そのような粒子の囚われ方も超ひも理論では起こりうる状態だとして説明される。
　物理学者はこの３つのブレーンワールドのうちどれがわれわれの世界を表すのかを考察するすべを持たない。しかしこの後の章で、われわれ心霊研究家がリバースエンジニアリングで考察することでこの図2-1cがわれわれの肉体の世界と死後の霊魂の世界をそれぞれ示していると主張することになる。そのため図2-1cの形をよく覚えておいていただきたい。
　さて、ではどうやって図2-1cのような宇宙が誕生するのか。われわれの宇宙全体が３ブレーンで包まれているというのがブレーンワールド仮説だ。このような宇宙全体を包むほどの巨大なブレーンが誕生するには巨大なエネルギーを必要とする。
　今、この瞬間に巨大なブレーンが誕生することは不可能だが、幸いにして今から138億年前のビッグバンの際の初期の宇宙が持っていたエネルギーならばその生成は可能である。
　その巨大なエネルギーを前提にすればビッグバンの際にわれわれの世界を構成する３ブレーン以外に、われわれの世界に隣接する余剰次元にひとつ別のブレーンワールドが誕生する図2-1cと同じ世界の誕生もおかしい話ではない。
　ちなみにビッグバン理論の研究の世界ではこのように「おかしい話ではない」で話を済ますのではなく、なぜそのような世界が誕生したのかを研究することが要請される。それが説明できずに「たまたまこの宇宙はそう誕生したのだ」から始まる理論は「人間原理」と呼ばれ、一段軽蔑される傾向がある。
　とはいえわれわれは物理学者ではなく心霊研究家だ。
　だからここでは人間原理にもとづいて、ビッグバンの際にわれわれの宇宙を構成する３ブレーンと、それと極めて近い隣接する距離にもうひとつ別のｐ次元のブレーンが同時に偶然誕生したと想定して話を進める。なぜ誕生したのかは後世の物理学者が解明してくれるだろう。
　ここでもうひとつのｐブレーンの役割を説明する。実はこれは先述したように超ひも理論がその存在を予測していた超対称性粒子が、2013年に稼働したCELNのLHC実験で、まったく観測されていないことからその可能性が高まった「超対称性粒子の隔離説」を意識している。
　つまり余剰次元方向で隣接するｐブレーンに超対称粒子すべてが囚われているという説だ。超対称性粒子は別のブレーンに隔離されているからわれわれの世界では観測されない。先述した階層性問題の解決条件とCELNの実験結果からは、このモデルがわれわれの世界に近いと予想される。

　図がそのような宇宙を示したものだ。ふたつのブレーンが隣接していて、それぞれのブレーン内部に両端を持つ粒子が囚われている。
　そしてふたつのブレーンの間にまたがる両端を持つひももたくさん存在している。描画上の問題でこのふたつのブレーン間はずいぶん大きく離れているように描かれているが、実際はウィークスケールすなわち10^(-16)cmよりも小さい距離、おそらくはプランクスケールの極小距離しか離れていないだろう。
　この図が示唆しているのは死後の世界も含めたわれわれの宇宙そのものである。
　左側の３ブレーンワールドがわれわれが「観測可能な宇宙」と認識しているわれわれの世界だ。そのすぐ近く、きわめて近い距離に別のブレーンワールドが存在している。そしてその別のブレーンワールドは超対称粒子が隔離して閉じ込められている別の余剰次元世界だとする。想定としてはその世界こそが霊魂が存在する死後の世界である。
　ちなみにこの別世界を３ブレーンではなくｐブレーンワールドと表記した意味は、この余剰次元世界はわれわれの世界と同じ3次元である必要は必ずしもないからだ。3次元以上の世界であることが好ましいが、4次元でも5次元でも理論的には構わない。
　その次元数を超ひも理論では慣習的にpで表す。3つまりpブレーンとは余剰次元にあるp次元の別世界という意味だ。
　とはいえこのpブレーンに超対称性粒子が隔離されているとすれば、pブレーンの時空間もわれわれの時空間と対称性を持っていると考えるほうが自然かもしれない。その場合、pブレーンの次元は3次元と考えることが妥当である。
　一方で心霊研究では、臨死体験での霊魂はこれまでとはまったく違う時空感覚を体験している。このことを考慮すれば、実際にｐは３ではなく4や5や8である可能性の方が高いかもしれない。
　この隔離されたふたつのブレーンワールドは本来、お互いに認識したり干渉することはできない。同じ時空に存在すればわれわれの粒子と理論上相互作用をするはずの超対称性粒子も、異なるブレーンに隔離されていることでわれわれの既知の素粒子と相互作用できない。
　これがこの章の冒頭で提起した「隔離された別ブレーンに霊魂が存在するのであれば、われわれは霊魂と関係を持つことができないではないか？」という問題提起だ。
　しかしその問題を乗り越える方法の説明はすでに登場している。ふたつの隔離されたブレーンの間には、お互いつなぐものが２種類ある。ひとつは重力子のように輪ゴムのような形状をしたひもからなる（超ひも理論の数式で言えば2以上の整数のスピンをもつ）粒子だ。そしてもうひとつがふたつのブレーンにまたがって両端をもつひもからなる粒子である。この２種類の粒子のおかげで、ふたつのブレーンは隔離されているのではなく、関係を持つことができるのだ。
　ふたつのブレーンの間を重力子が行き来するため、4つの力の中でお互いに重力だけは感知する。結果的に異なるブレーンに囚われている超対称性粒子は、われわれから見るとダークマターと同じ性質を持つことになる。これらふたつの隔離されたブレーンからなる世界がどのように死後の世界を形成するのかの考察は次の章で詳しく議論する。
　この章の最後に、余剰次元空間の大きさについて述べておこう。少し数学的な説明になるがご容赦いただきたい。
　われわれの3次元宇宙のxyz方向に加え余剰次元でu方向というあたらしい方向があるとする。図2-3ではわれわれの住む3次元宇宙を2次元の平面に描いてある。超ひも理論の用語ではこの3次元宇宙とは別方向のu軸方向の空間のことをバルクという。4バルク方向は本当は一方向ではなく、最大6方向あるのだが、図では簡略してu方向は一次元であるように描いてある。

　われわれの宇宙の大きさはxyz方向についてはそれぞれ450億光年以上であることが観測されている。
　u方向は第二次ひも理論革命以前の考え方ではすべてプランク長の10^(-33)cmに巻き上げられていて、その空間に進むことはできないと考えられていた。一方で1995年の第二次ひも理論革命で登場したM理論ではu方向はもっと大きい場合が許されることが理解されるようになった。
　それでも多くの物理学者はu方向の大きさは最大でも10^(-16)cmよりも小さいと考えている。つまりu方向はわれわれからほんのわずかの距離しか離れていない。
　なぜu方向の距離がそれだけ短いと言えるのか？その理由は重力が距離の二乗に反比例して弱くなるという観測事実があるからだ。このことが意味するのは、この宇宙はわれわれの知っている3次元方向には無限とも言える広がりをもっている一方で、余剰次元のu方向についてはその距離がほとんどないということだ。
　われわれの次元での距離lはl＝√(x^2+〖y^2+z〗^2 )で表されるが、余剰次元ではl＝√(x^2+〖〖y^2+z〗^2+u〗^2 )で表される。uの大きさが10^(-16)cmよりも小さいということは余剰次元の空間のどの地点も、距離を物差しで測ると余剰次元を含めない場合の距離の計測とたいして違わない長さに見えてしまうことを意味している。
　このようにu方向が小さければ、われわれの宇宙では重力は距離の二乗に反比例するのでニュートン力学と余剰次元理論は矛盾しない。
　それでも余剰次元の物質はu方向にほんの少し動いただけで、われわれには存在を知覚することはできなくなる。これを図で描いてみた。

　もし2次元の世界があって、そこに生物がいたと仮定すれば、3次元の世界に住むわれわれは幽霊のように思えるという図である。
　図2-4は2次元世界に住む亀と、3次元世界に住むわれわれの指を描いた絵だ。われわれが指で2次元世界の亀を押さえつけたとする。亀は突然異次元空間から現れた何かによって体が押さえつけられると感じる。そしてわれわれがちょっと手を離しただけで亀は「あれは何だったのだ？」とわけがわからなくなってしまうわけだ。
　さて余剰次元方向の距離がそれほど短いといっても余剰次元空間は決して小さいわけではないことにも注意していただきたい。
　われわれの観測可能なこの宇宙が後述するように3次元のブレーンに閉じ込められているとすると、われわれの宇宙のu方向の距離はプランク長、つまりこの世界の最小単位である10^(-33)cmの厚さしかない。一方で余剰次元方向の大きさは可能性としては10^(-16)cmもある。それを単純計算すればu方向の空間はわれわれの宇宙よりも10^17倍（つまり1兆の10万倍）も分厚い。
　まとめると余剰空間はわれわれの宇宙同様にxyz方向には450億光年以上の広さがある。そしてu方向には10^17倍も大きい。つまり余剰次元空間はわれわれの宇宙よりもはるかに広いうえに、距離的にはわれわれのすぐ近くに存在するのだ。
　このような余剰次元空間に霊魂の世界が広がっているとしたら、霊魂はわれわれのすぐ近くにあり、死語の霊魂の世界の広さはわれわれの宇宙よりも大きく、次元的には4つめ5つめの空間次元を持つ可能性があり、かつわれわれにその世界の存在は感知できないのだ。