導入
レベル I マルチバースが大きく、受け入れがたいと感じたなら、次元や物理定数が異なる可能性のある無限に異なるものの集合を想像してみてください。これが、現在人気のあるカオス的インフレーション理論によって予測されており、レベル II マルチバースと呼びます。これらの他の領域は、光速で永遠に移動しても決して到達できないという意味で、無限に遠くにあります。その理由は、レベル I マルチバースとその隣接する領域の間の空間がまだインフレーションを起こしており、それが伸び続け、そこを通過するよりも速い速度でより多くの体積を作り出しているからです。対照的に、辛抱強く宇宙の膨張が減速すれば、任意の遠方のレベル I ユニバースに移動できます。（天文的な証拠は、宇宙の膨張が現在加速していることを示唆しています。この加速が続くと、レベル I の並行宇宙でさえ永遠に分離されたままになり、その間の空間は光が通過できるよりも速く伸びます。ただし、人気のあるモデルでは宇宙が最終的に加速を停止し、再崩壊する可能性さえ予測されており、評決はまだ出ていません。）
レベル II 並行宇宙の証拠
1970年代までに、ビッグバンモデルは、私たちの宇宙の歴史のほとんどを非常にうまく説明できることが証明されました。それは、原始的な火の玉がどのように膨張して冷却し、最初の数分間でヘリウムや他の軽い元素を合成し、40万年後に宇宙マイクロ波背景放射を放出して透明になり、重力クラスタリングのために徐々に塊になり、銀河、星、惑星を生成したかを説明しました。しかし、非常に最初期に何が起こったのかについて、厄介な疑問が残りました。何かが無から現れたのでしょうか？素粒子物理学が初期に生成されると予測している超重粒子である磁気単極子はどこにあるのでしょうか（「単極子問題」）？空間はなぜこれほど大きく、古く、平坦なのでしょうか。一般的な初期条件では、曲率が時間とともに成長し、密度が10-42秒程度のオーダーでゼロまたは無限大に近づくと予測されるのに（「平坦性問題」）？因果関係のない空間領域でCMB温度がほぼ同じになるのは、どのような陰謀によるものでしょうか（「地平線問題」）？すべての構造が成長した10-5レベルの種となる変動を生成したメカニズムは何でしょうか？
インフレーションと呼ばれるプロセスは、これらの問題をすべて一気に解決できます（Guth＆Steinhardt 1984およびLinde 1994によるレビューを参照）。したがって、インフレーションは、非常に初期に何が起こったのかについての最も人気のある理論として浮上しました。インフレーションは空間の急速な伸張であり、単極子や他の破片を希釈し、膨張する風船の表面のように空間を平坦で均一にし、量子真空の変動をマクロに大きな密度変動に引き伸ばして、銀河の形成を促進することができます。開始以来、インフレーションは追加のテストに合格しました。CMBの観測により、空間が非常に平坦であることが判明し、種となる変動が実質的な重力波成分のないほぼスケール不変のスペクトルを持つことが測定され、すべてがインフレーションの予測と完全に一致しています。
インフレーションは、素粒子理論の幅広いクラスで発生する一般的な現象です。カオス的インフレーションとして知られる一般的なモデルでは、インフレーションは空間のある領域で終わり、私たちが知っているような生命を可能にする一方で、量子変動により、空間の他の領域はさらに速くインフレーションを起こします。本質的に、1つのインフレーション泡が他のインフレーション泡を発芽させ、それが次々と連鎖反応を引き起こします。インフレーションが終了した泡は、レベル II マルチバースの要素です。それぞれの泡はサイズが無限大です（驚くべきことに、時空の空間方向が（無限の）時間方向に向かって曲がる効果のおかげで、インフレーションは有限の空間体積の泡の中でも無限のレベル I マルチバースを生成できることが示されています（Bucher＆Spergel 1999）。）、しかし、連鎖反応は決して終わらないため、無限に多くの泡があります。実際、泡の数のこの指数関数的な増加が永遠に続いている場合、そのような並行宇宙は数えきれないほど多くなります（たとえば、実数の集合に割り当てられる無限と同じ無限であり、[可算無限]整数の集合よりも大きくなります）。この場合、時間の始まりも絶対的なビッグバンもありません。私たちが住んでいるもののような無限の数のインフレーション泡とポストインフレーション領域が常に存在し、フラクタルパターンを形成しています。
レベル II 並行宇宙はどのようなものですか？
一般的な見解では、今日私たちが観察する物理学は、非常に高い温度で現れる、より対称的な理論の単なる低エネルギー限界にすぎません。この根底にある基本的な理論は、11次元で、超対称性があり、自然の4つの基本的な力を大統一することを含んでいる可能性があります。このような理論の共通の特徴は、インフレーションを駆動する場（複数可）のポテンシャルエネルギーが、いくつかの異なる極小値（「真空状態」と呼ばれることもある）を持つことです。これは、この対称性を破るさまざまな方法に対応し、その結果、さまざまな低エネルギー物理学に対応します。たとえば、3つの空間次元を除くすべてが丸められる（「コンパクト化される」）可能性があり、私たちのような効果的な3次元空間になります。または、7次元空間を残して丸める次元が少なくなる可能性があります。カオス的インフレーションを駆動する量子変動は、泡ごとに異なる対称性の破れを引き起こし、レベル II マルチバースの異なるメンバーが異なる次元性を持つ可能性があります。素粒子物理学で観察される多くの対称性も、対称性が破られる特定の方法に起因するため、たとえば、3世代ではなく2世代のクォークが存在するレベル II 並行宇宙が存在する可能性があります。
次元性や基本的な粒子などの離散的な特性に加えて、私たちの宇宙は物理定数として知られる一連の無次元数によって特徴付けられています。例としては、電子/プロトン質量比mp / me≈1836や、いわゆるプランク単位で約10-123に見える宇宙定数などがあります。このような連続的なパラメータも、ポストインフレーションの泡ごとに変化する可能性があるモデルがあります。（レベル II マルチバース全体で物理学の基本方程式は同じですが、私たちが観察する低エネルギーの世界を支配する近似的な有効方程式は異なります。たとえば、3次元空間から4次元（非コンパクト化）空間に移動すると、観察される重力方程式が逆二乗則から逆三乗則に変わります。同様に、素粒子物理学の根底にある対称性を異なって破ると、素粒子のラインナップとそれらを記述する有効方程式が変わります。ただし、「異なる方程式」と「異なる物理法則」という用語は、基本方程式ではなく有効方程式が変化するレベル IV マルチバースのために予約します。）
したがって、レベル II マルチバースは、初期条件が異なるだけでなく、次元、素粒子、物理定数も異なる可能性のある領域を含むため、レベル I マルチバースよりも多様である可能性が高くなります。
次に進む前に、いくつかの密接に関連するマルチバースの概念について簡単にコメントしましょう。まず、1つのレベル II マルチバースが存在し、フラクタルパターンで永遠に自己複製できる場合、完全に切り離された他の無限に多くのレベル II マルチバースが存在する可能性があります。ただし、このバリアントは、質的に異なる世界を追加したり、そのプロパティの確率分布を変更したりしないため、テスト不可能であるように思われます。考えられるすべての初期条件と対称性の破れは、それぞれの中で既に実現されています。
トルマンとウィーラーによって提案され、最近スタインハートとトゥロック（2002）によって詳しく説明されたアイデアは、（レベル I）マルチバースが周期的であり、無限の一連のビッグバンを経ているということです。存在する場合、そのような化身の集合もマルチバースを形成し、おそらくレベル II と同様の多様性を持つでしょう。
スモーリン（1997）によって提案されたアイデアは、レベル II と同様の多様性を持つ集合を含んでいますが、インフレーション中ではなくブラックホールを介して新しい宇宙を突然変異させて発芽させます。これは、ブラックホールの生成を最大化する宇宙を支持する自然選択の形を予測します。
ブレーンワールドシナリオでは、別の3次元世界が文字通り私たちと平行である可能性があり、単に高次元でオフセットされているだけです。ただし、そのような世界（「ブレーン」）が私たち自身の世界とは別の並行宇宙と呼ばれるに値するかどうかは不明です。なぜなら、暗黒物質と同じように、重力的に相互作用できる可能性があるからです。
微調整と選択効果
物理学者は説明できない偶然の一致を嫌います。実際、それらはモデルが除外される証拠として解釈します。セクション IC では、オープンユニバースモデルが、観測された CMB 変動のパターンが非常にありそうもないことを意味するため、99.9％の信頼度で除外されたことを確認しました。これは、すべてのハッブル体積のわずか0.1％で発生する千分の1の偶然の一致です。
ホテルにチェックインし、1967号室を割り当てられ、驚いて、これが自分の生まれた年であることに気づいたとします。少し考えた後、ホテルには多くの部屋があること、別の部屋を割り当てられていたらそもそもこれらの考えを持っていなかったことを考えると、これはそれほど驚くべきことではないと結論付けます。次に、ホテルについて何も知らなかったとしても、他のホテルの部屋の存在を推測できたことに気づきます。なぜなら、宇宙全体に1つの部屋番号しかない場合、説明できない偶然の一致に陥るからです。
より適切な例として、太陽の質量Mを考えてみましょう。Mは太陽の光度に影響を与え、基本的な物理学を使用すると、地球上の私たちが知っているような生命は、Mが狭い範囲1.6×1030 kg〜2.4×1030 kgにある場合にのみ可能であることが計算できます。そうでなければ、地球の気候は火星よりも寒く、金星よりも暑くなります。測定された値はM∼2.0×1030 kgです。居住可能で観測されたM値のこの明らかな一致は、M∼1029 kg〜1032 kgのはるかに広い質量範囲の星が存在できることを計算に示すと、不安になるかもしれません。ただし、ホテルの例と同様に、集合と選択効果があれば、この明らかな一致を説明できます。中央の星と惑星の軌道のサイズの範囲を持つ多くの太陽系が実際にある場合、明らかに居住可能な太陽系の1つに住んでいる自分たちを見つけると予想されます。
より一般的には、居住可能で観測された物理パラメータの値の明らかな一致は、より大きな集合が存在する証拠と見なすことができます。その集合の中で、私たちが観察するのは単なる1つのメンバーにすぎません（Carter 1973）。他のホテルの部屋や太陽系の存在は議論の余地がなく、観測によって確認されていますが、並行宇宙の存在は確認されていません。それらは観察できないからです。しかし、微調整が観察された場合、上記のまったく同じ論理を使用して、それらの存在を主張できます。実際、物理定数が異なる並行宇宙を示唆する微調整の例は数多くありますが、微調整の程度は依然として活発な議論の対象であり、追加の計算によって明確にする必要があります—一般的な説明については、Rees（2002）とDavies（1982）を参照し、技術的な詳細については、Barrow＆Tipler（1986）を参照してください。
たとえば、電磁力がわずか4％弱まると、太陽はすぐに爆発します（ジプロトンは束縛状態になり、太陽の光度が1018倍に増加します）。強くなると、安定した原子の数が少なくなります。実際、低エネルギー物理学に影響を与えるパラメータのほとんどまたはすべてが、何らかのレベルで微調整されているように見えます。それらをわずかに変更すると、質的に異なる宇宙になります。
弱い相互作用が大幅に弱い場合、ビッグバンの直後にヘリウムに変換されるため、水素は存在しません。強くても弱くても、超新星爆発からのニュートリノが星の外側の部分を吹き飛ばすことができず、生命を支える重い元素が生成された星から離れることができるかどうかは疑わしいです。プロトンが0.2％重い場合、電子を保持できない中性子に崩壊するため、安定した原子は存在しません。プロトンと電子の質量比がはるかに小さい場合、安定した星は存在せず、はるかに大きい場合、結晶やDNA分子のような秩序だった構造は存在しません。
微調整の議論は、誰かが「Aワード」、人道的について言及すると、しばしばヒートアップします。著者は、いわゆる人道的原理に関する議論が、光よりも多くの熱を生成したと感じています。それの意味について多くの異なる定義と解釈があります。著者は、MAPと呼ばれるものを誰もが反対していることを認識していません。これは、最小限の人道的原理です。•MAP：観測データで基本的な理論をテストする場合、選択効果を無視すると、誤った結論につながる可能性があります。
これは上記の例から明らかです。選択効果を無視すると、軽くて暗い星の方がはるかに多いため、太陽と同じくらい重い星を周回することに驚くでしょう。同様に、MAPは、インフレーションを起こしている部分が私たちには居住不可能であるため、インフレーションが終了した空間のごくわずかな部分に住んでいるという事実によって、カオス的インフレーションモデルが除外されないことを示しています。幸いなことに、選択効果はすべてのモデルを救うことはできません。これは1世紀前にボルツマンによって指摘されました。宇宙が古典的な熱平衡（熱死）にある場合、熱変動により、原子がランダムに組み立てられ、青い月の1回であなたのような自己認識のある観測者を簡単に作成できます。したがって、あなたが今ここに存在するという事実は、熱死の宇宙論モデルを除外するものではありません。ただし、世界の残りの部分が、観察する秩序だった低エントロピー状態ではなく、高エントロピーの混乱状態にあると統計的に予想されるはずです。これにより、このモデルは除外されます。
素粒子物理学の標準モデルには28個の自由パラメータがあり、宇宙論は追加の独立したパラメータを導入する可能性があります。私たちが実際にレベル II マルチバースに住んでいる場合、並行宇宙間で変化するパラメータについては、測定された値を第一原理から予測することは決してできません。選択効果を考慮して、何を見つけるべきかについての確率分布を計算できるだけです。集合全体で変化する可能性のあるすべてが、私たちの存在と矛盾しない限り、一般的であると予想されます。セクション V で詳述されているように、何が「一般的」であるか、より具体的には、物理学で確率を計算する方法という問題は、非常に厄介な問題として浮上しています。