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

もし、物理法則の違う「別の宇宙」と、光や信号をやり取りできるとしたらどうでしょうか。

タイムマシンやワームホールが登場するSFの世界ではおなじみの発想ですが、現実の物理学では、並行宇宙はあっても「お互いに行き来できない」ものとして語られることがほとんどでした。

量子力学の多世界解釈にせよ、インフレーション宇宙論が描くマルチバースにせよ、世界は枝分かれしたり泡のように増えたりしても、別の宇宙と通信する道筋は基本的に閉ざされています。

ところが「ホログラフィー」と呼ばれる理論を土台にして、数式の上で行き来可能な並行宇宙ネットワークを理論モデルとしてまじめに設計してしまった研究が報告されました。

中国の中山大学（Sun Yat-sen University, SYSU）で行われた研究によって、性質の違う複数の宇宙を一本の“配線”のように接続し、そこを光が確率的に通り抜けられることが理論的に示されたのです。

具体的には、通常の平坦な宇宙と、加速膨張する宇宙、そして逆向きに曲がった宇宙をひとつの「結び目」でつないだり、重力が働く宇宙と、重力を持たない世界とをくっつけたりすることに成功しています。

論文のタイトルにも堂々と「Traversable Parallel Universe（行き来できる並行宇宙）」という言葉が入っているのも印象的です。

さらに重要なのは、この並行宇宙のモデルが、光などの通過について、ワームホールのように「怪しい負のエネルギー」を持つ物質に頼っていないという点です。

「宇宙をネットワークとして見る」とはどういう発想なのか、そしてホログラフィーという考え方を使うと、なぜそんな奇妙な宇宙の配線図ができるのでしょうか？

研究内容の詳細は2026年1月29日にプレプリントサーバーである『arXiv』にて発表されました。

目次

• 宇宙そのものをネットワークとして見るという発想
• 『並行宇宙への回線』は理論上開かれている
• 並行宇宙ネットワークがひらく物理と情報の未来

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？

『並行宇宙への回線』は理論上開かれている

「ネットワークで宇宙をつなぐ」というアイデアが本当にうまく動くのか？

答えを得るために著者たちは、「結び目でのエネルギーのつり合い」「重力のゆらぎの安定性」「量子もつれの量」「有限サイズのネットワークの真空状態」「並行宇宙としての解釈」という五つのポイントについて評価することにしました。

結果、条件が適切なら全てのポイントで有望な結論が得られました。

第一の結論：結び目では「入る量＝出る量」が守られる
宇宙どうしがつながる「結び目」は、水道管の合流点みたいな場所です。
そこでは、「どの宇宙からどれだけエネルギーや光が流れ込んで、どれだけ出ていくか」をきちんと計算すると、必ず“入る量＝出る量”になることがわかりました。
おもしろいのは、枝にあたるそれぞれの宇宙では、重力の強さや物質の性質など“物理のルール”が少しずつ違っていてもかまわないのに、結び目全体としてはエネルギーの出入りがきっちり帳じりされているという点です。
つまり、「宇宙ネットワークの交差点では、世界共通のエネルギー保存ルールがちゃんと働いている」と確かめたのが第一の結論です。
第二の結論：ネットワークが維持される条件が分かった
宇宙をつなぐ面である結び目の近くでは、池のさざ波のように、重力の小さなゆれ＝重力の波が広がります。
もし条件が良くないと、この波が時間がたつほどどんどん大きくなって、ネットワークが崩壊してしまいます。
そこで論文では、「どんな値のときに波が暴走せず、おとなしくおさまるのか」を式を使って詳しく調べ、安全なパラメーターの範囲をはっきり示しました。
その条件さえ守れば、重力の波は暴れずに、ネットワーク全体の宇宙は安定して存在し続けられる、というのが第二の結論です。
第三の結論：量子もつれでネットワークの「複雑さ」をはかれる
この研究では、「この宇宙ネットワークはどれくらい込み入っているのか？」という“複雑さのものさし”を作ろうとしました。
そこで使われたのが、量子もつれ（量子の世界で、遠く離れた粒子どうしが不思議に結びついている状態）の量です。
著者たちは、量子もつれを使って3種類の“ネットワークエントロピー”（ネットワークの複雑さを表す数）を定義し「量子もつれ」を使えば、宇宙ネットワークの“ごちゃごちゃ度”を数字で評価できることがわかりました。
第四の結論：枝が有限のとき、「何もない空間」の姿が変わる
宇宙の枝が無限に長い理想図だけでなく、「長さに終わりがあるネットワーク」を考えると、内部の「何もないはずの空間（真空）」の姿がガラッと変わることが計算上分かりました。
計算してみると、その真空は一枚板の空間ではなく、いくつもの特別な空間パッチ（ソリトン）をつぎはぎしたパッチワーク宇宙として現れます。
その中でも自由エネルギーがいちばん小さい貼り合わせ方が、「いちばん安定した本物の真空」として自然に選ばれる、という結論です。
第五の結論：物理法則を守ったまま「行き来できる並行宇宙」を描ける
最後の結論は、このネットワークの宇宙を、「行き来できる並行宇宙」のモデルとして読めるというものです。
ネットワークの中のそれぞれの枝は1つの宇宙だと考えられます。
ある枝は平らな宇宙、別の枝はふくらんでいく宇宙、ささらに別の枝は逆向きに曲がった宇宙、といった具合に、宇宙ごとに形も重力の強さも、存在する粒子の種類もバラバラでかまいません。
それでも、結び目（ネットブレーン）での“つなぎ方のルール”さえ守れば、エネルギー条件などの基本的な物理法則を破ることなく、光や波（場）がある確率で別の宇宙へ抜けていくことができると示されました。
実際に、平坦な宇宙・ふくらむ宇宙・逆向きに曲がった宇宙を結んだ三重宇宙モデルや、「重力ありの宇宙」と「重力なしの宇宙」をつないだモデルがつくられ、どちらも物理的に無理のない形で実現できることが示されています。

このような設定のもとで、光や波をある宇宙からネットブレーンに向かって送ると、一部は他の宇宙へ透過していくことが理論的に示されました。

どの宇宙にどれだけの確率で抜けるかは枝の本数や接続条件で決まり、百パーセントの成功は保証されませんが、「確率的な意味で宇宙をまたぐことができる」のです。

（※宇宙をつなぐ枝の本数pが増えるほど、別の宇宙へ抜ける成功確率はだんだん小さくなる、といった定量的な関係も数式で求められています。より具体的にはp本の宇宙がつながるとき、単純な光や波が宇宙Aから出て、宇宙Bに届く最大成功確率は (2/p)² 程度であると考えられています。）

著者たちは具体例として、平坦な宇宙・ふくらむ宇宙・逆向きに曲がった宇宙を一つのネットブレーンで結んだ「三重宇宙モデル」や、片方の宇宙には重力があり、もう片方には重力がなく放射だけが飛び交う「重力なし宇宙モデル」をつくり、どちらの例でもネットブレーン上の物質が弱エネルギー条件やヌルエネルギー条件など、教科書的な条件をきちんと満たしていることを確かめました。

これは、多くの通り抜け可能なワームホール理論が「負のエネルギーをもつ奇妙な物質」を必要とするのとは対照的です。

理論そのものは高度ですが、イメージとしては「たくさんの宇宙を一本一本の配線として描き、それを一つの結び目でつなぐことで、行き来可能な並行宇宙ネットワークをつくる」というものになります。

並行宇宙ネットワークがひらく物理と情報の未来

この研究のいちばん大きな意義は、「並行宇宙をつなぐ」という、これまで空想の世界で語られてきたアイデアを、まじめな物理の言葉で理論として書き下ろしたところにあります。

しかも、ただ好き勝手に宇宙をくっつけたのではなく、エネルギー保存や因果律といった教科書レベルの基本ルールを崩さずに、複数の宇宙をネットワークとして取り扱えることを示したのです。

ネットワークの一本一本を「宇宙」と読み替えることで、「宇宙どうしをどうつなげば安全か」というルールブックを作った、と言い換えることもできます。

また、このモデルは「エネルギー条件」という点でも特筆すべきです。

一般に、通り抜け可能なワームホールの多くは、負のエネルギーを持つような奇妙な物質を必要とし、現実に存在できるのかどうかが疑わしいとされています。

それに対して今回の並行宇宙ネットワークでは、ネットブレーン上の物質のエネルギー密度や圧力が、弱エネルギー条件やヌルエネルギー条件と呼ばれる通常の制限をすべて満たすように設計されています。

つまり、「変な物質」に頼らなくても、理論の中では並行宇宙間の“行き来”が可能であることを示したわけで、これは通り抜け可能ワームホールとは異なる、新しいタイプの「つながった宇宙」の例と言えます。

著者たちの言い方を借りれば、「ワームホールにありがちな奇妙なエネルギーではなく、教科書に載っているふつうの物質だけで並行宇宙をつなぐ」ことに成功した例だ、というわけです。

さらに重要なのは、「宇宙をネットワークとして見る」という新しい視点自体です。

論文では、量子もつれの量を使ってネットワークの複雑さを測る「ネットワークエントロピー」が定義され、そのうち二つはエネルギースケールを下げていくと単調に小さくなることが確かめられています。

これは、結び目の自由度がだんだん減っていく様子を表しており、ネットワークの「節の重さ」や「配線の情報量」を定量的に測る新しい物差しになっています。

将来的には、物理のネットワークと、情報処理で使われるニューラルネットワークなどの概念が、どこかでつながってくる可能性も感じさせます。

もちろん、今回の研究はあくまで理論的な模型であり「並行世界に行く転位装置を開発した」というものではありません。

それでも著者たちは、今後の応用としていくつかの方向性を示しています。

一つは、ブラックホール情報問題への応用です。

論文では、「重力がはたらく宇宙」と「重力を持たない浴槽のような宇宙」をネットブレーンでつなぎ、ブラックホールから出ていく放射がどのように別宇宙へ逃げていくのかを調べるための基礎モデルとして利用できることが議論されています。

これにより、「情報は本当に失われるのか」「どのような条件で“情報の島”のような領域が現れるのか」といった難問を、より扱いやすい形で考え直せる可能性があります。

もう一つの方向性は、実在するネットワークへの応用です。

集積回路チップの上で電子や振動が伝わる様子や、脳の中で神経細胞どうしがつながって信号が流れる様子など、現代科学には「線と点からなるネットワーク」があふれています。

論文のでも、こうした物理系や神経ネットワークに今回の枠組みを応用できないかという展望が述べられています。

実際、最近の研究では、交差する線に沿ったエネルギー輸送や、複雑なネットワーク上での特殊な量子状態が話題になっており、ここで発展したホログラフィー的な手法が、それらを理解する新しい視点を与えるかもしれません。

もしかすると、未来の科学雑誌には「宇宙そのものも巨大なネットワーク」という見方が常識として紹介されているかもしれません。

元論文

Holographic Network and Traversable Parallel Universe
https://doi.org/10.48550/arXiv.2601.21206

ライター

川勝康弘: ナゾロジー副編集長。 大学で研究生活を送ること10年と少し。 小説家としての活動履歴あり。 専門は生物学ですが、量子力学・社会学・医学・薬学なども担当します。 日々の記事作成は可能な限り、一次資料たる論文を元にするよう心がけています。 夢は最新科学をまとめて小学生用に本にすること。

編集者

ナゾロジー 編集部