行き来できる並行宇宙ネットワークの理論モデルが発表

宇宙そのものをネットワークとして見るという発想

私たちの身の回りには、道路網や電車の路線図、コンセントと家電をつなぐ電気配線、インターネット、さらには脳の中の神経回路など、さまざまなネットワークがあります。

どれも「点」と「線」だけでできていて、点は交差点や駅、神経細胞のような“ハブ”の役割を持ち、線はそこを結ぶ道路やレール、神経線維のような“通り道”の役割を持っています。

線と結び目、たったこれだけのルールなのに、都市交通から情報伝達、人工知能まで、とても複雑な仕組みを表現できてしまうのがネットワークの魅力です。

私たちの身近にあるパソコンやスマホでメールを書いたり動画を見たりできるのも、集積回路チップの上を走る細い配線や、格子状に組まれたナノスケールの導線から作られたネットワークとしての振る舞いの結果です。

ただこのとき、基本的な（当然な）約束があります。

結び目に入ってくる電流の合計と、出ていく電流の合計が同じでなければならないというものです。

一方、今回の論文で研究者たちが考えているのは、「もし物理の世界そのものをネットワークとして表したらどうなるか」という、少し変わった発想です。

ここでは、たくさんの宇宙がただバラバラに存在しているのではなく、電気回路のように「線」と「結び目」でつながったネットワークとして登場します。

もっと直感的にいうと、一本の線を「1つの宇宙（宇宙の情報を示したもの）」と考え、その上を粒子の波やエネルギーが行ったり来たりしている、というイメージで構いません。

論文の図１では、一本の線から三本が分かれる「Y字」のネットワークや、星型に線が集まったネットワークの絵が描かれていますが、これらの青い線一本一本が、その「細い宇宙」にあたります。

ただこのとき、いくつかの線から流れ込むエネルギーや粒子の出入りにおいて、先ほど電子の例のように、入ってきた量と出ていく量が同じになる、つまり全体としては増えも減りもしないという保存則が成り立つはずです。

今回の論文ではこの基本を「ネットワーク版の保存則」として出発点に置いています。

そしてこのようなこのような奇抜な発想を、ちゃんとした理論として書き下ろすために使われているのが「ホログラフィック原理」という枠組みです。

ホログラフィック原理とは、ざっくり言うと「三次元の世界の情報が、その世界をおおっている二次元の“壁”にすべて書きこまれている」と考えるアイデアです。

コラム：ホログラフィック原理は机上の空論ではない

「3次元が2次元に落とし込める」という概念をすぐには信じるのは難しいかもしれませんが、その考え方を発展させたホログラフィー対応（AdS/CFT、時空と量子場の対応関係の理論）が高エネルギー物理や物性物理の具体的な問題で数多くの成功例を出していることから、現在の理論物理では有力な原理候補として真剣に研究されています。またさまざまな実験・観測結果と上手く噛み合う事例がいくつか報告されています。そのため現在では多くの研究者が「ホログラフィック原理は、少なくとも自然の一面をかなり正確にとらえているらしい」と考えています。今回のような並行宇宙ネットワークの議論にもホログラフィック原理を自信を持って当てはめるのは自然な流れとも言えるでしょう。

今回の論文では、このホログラフィーの考え方を「ネットワーク付きの宇宙」に拡張しています。

一枚の壁の上に、線と点からなるネットワークの「影」が描かれているとしましょう。

そこでは、さきほどの1本の線が1つの宇宙の情報を示すネットワークが広がっていて、粒子やエネルギーが線に沿って行ったり来たりしています。

無数の並行世界の情報が書かれているものが「平面上」にあると考えるのです。

ですが本番はこれからです。

「平面の上の世界」は無数の並行世界の情報が書かれた設計図だと思ってください。

ホログラフィック原理では、「この一つ一つの線や点には、三次元側の世界に対応するものがあるはずだ」と考えます。

この宇宙を繋ぐ二次元のネットワークの「点」や「線」は、ただの絵ではなく、より本質的な何かの「影」だと考えるわけです。

つまり、「壁の上に一本の線があるなら、三次元側にはそれに対応する一本の“何か”が存在しているはずだよね」という発想です。

そこで論文では、その「三次元側の何か」を、細長く伸びた“宇宙の枝”として表現することにしました。

壁の上にある一本の青い線を、三次元側では一本の細長い枝に対応させるのです。

論文の図2を見ると、いくつもの宇宙のかけらが並び、その境界どうしが赤い線でつながれている様子が描かれています。

つまり、この研究では「線の上の量子ネットワーク」と「枝分かれした重力宇宙」が、一対一で対応していると考えるわけです。

ここまでの話は、実はすでに先行研究でかなり進んでいました。

それらの研究では、枝の長さを変えることで真空のゆらぎによるカシミール力が引力になったり斥力になったり切り替わることや、「ネットワークの複雑さ（ネットワークエントロピー）」と呼ばれる量がネットワークの複雑さを測るものさしになることなど、いくつかの面白い性質が見つかっています。

ただ先行研究では、線に描かれている情報がどれも同じようなものであり（同じ宇宙で）、それを三次元化させたときの重力も、私たちに馴染みのあるものに限られていました。

しかし今回の論文は、その枠組みを一気に広げ、一つひとつの「線」は、それぞれ重力の強さや物質の種類が違う、性格のちがう宇宙の情報が閉じ込められていると考えます。

ある線（宇宙の情報）では存在する粒子が別の線（宇宙の情報）では存在しなかったり、電子に相当するような粒子の持つ電荷の値が異なっていても構いません。

（※専門的に言うと、各線にはその宇宙ごとに違う「共形場理論（対称性の高い量子場の理論）」が割り当てられている、とみなしてよいということです。）

その上で、先に述べたネットワークの点を出入りするエネルギーなどの保存則が成り立つのかを調べることにしたのです。

先行研究が同じ種類の並行世界のネットワークを描くことに成功したとするなら、今回は全く違う量子法則を持った宇宙がネットワーク上に存在できるか調べたとも言えるでしょう。

果たして結果はどのようなものになったのでしょうか？