慌てる必要はありませんが、私たちの惑星は運命にあります。それはしばらく時間がかかるでしょう。今から約60億年後、死にゆく太陽が赤色巨星に膨張して私たちの惑星を飲み込むと、地球はおそらく気化するでしょう。
しかし、地球は太陽系の1つの惑星にすぎず、太陽は銀河にある数千億の星の1つであり、観測可能な宇宙には数千億の銀河があります。そのすべてのために何が待ち受けているのでしょうか？宇宙はどのように終わるのでしょうか？
科学はそれがどのように起こるかについてははるかに定住していません。私たちは宇宙が固まるかどうかさえわかりません、定義された終わり、または単にゆっくりとテールオフします。物理学についての私たちの最も良い理解は、普遍的な黙示録にはいくつかの選択肢があることを示唆しています。それはまた、私たちがそれを生き残る方法についてのいくつかのヒントを提供します。
宇宙の終焉への私たちの最初の手がかりは、熱力学、熱の研究から来ています。熱力学は物理学の野蛮な通りの説教者であり、「熱的死がやってくる」という簡単な警告が書かれた段ボールのプラカードを持っています。
熱的死カリカリに焼かれるよりもはるかに悪い
名前にもかかわらず、宇宙の熱的死は「熱的死」ではありません。代わりに、それは熱のすべての違いの死。
これは恐ろしいことではないように聞こえるかもしれませんが、熱的死はカリカリに焼かれるよりもはるかに悪いです。これは、日常生活のほとんどすべてが、直接的または間接的に何らかの温度差を必要とするためです。
たとえば、車はエンジンの外側よりも内側の方が高温であるために走行します。お使いのコンピューターは、地元の発電所からの電力で稼働しています。発電所は、おそらく水を加熱し、それを使用してタービンに電力を供給します。そして、あなたは太陽と宇宙の他の部分との間の巨大な温度差のおかげで存在する食物で走ります。
しかし、宇宙が熱的死に達すると、どこでもすべてが同じ温度になります。つまり、興味深いことは二度と起こらないということです。
熱的死は、宇宙を終わらせる唯一の方法のように見えました
すべての星は死に、ほとんどすべての物質は崩壊し、最終的に残るのは粒子と放射線のまばらなスープだけです。そのスープのエネルギーでさえ、宇宙の膨張によって時間の経過とともに吸収され、すべてが絶対零度をわずかに超える程度になります。
この「ビッグフリーズ」では、宇宙は均一に終わります。冷たく、死んでいて、空っぽです。
1800年代初頭に熱力学が発達した後、熱的死は宇宙を終わらせる唯一の可能な方法のように見えました。しかし、100年前、アルバートアインシュタインの一般相対性理論は、宇宙にははるかに劇的な運命があることを示唆していました。
一般相対性理論は、物質とエネルギーが時空を歪めると言っています。時空とアインシュタインによれば、物質エネルギー（もの）—ステージとその上のアクターの間—は宇宙全体に広がります。アインシュタインによれば、宇宙の物質は宇宙自体の最終的な運命を決定します。
宇宙は信じられないほど小さいものとして始まり、その後信じられないほど急速に拡大しました
理論は、宇宙がアインシュタインは1917年にこれに気づき、信じたがらなかったため、自分の理論を誤解しました。
その後、1929年にアメリカの天文学者エドウィン・ハッブルは、宇宙が拡大しているという確固たる証拠を見つけました。アインシュタインは考えを変え、以前の静的な主張を呼びました。宇宙は彼のキャリアの「最大の失敗」です。
宇宙が膨張している場合、それはかつては現在よりもはるかに小さかったに違いありません。この認識はビッグバン理論につながりました：宇宙は信じられないほど小さいものとして始まり、そして信じられないほど急速に拡大したという考え。今日でもビッグバンの「残光」は、宇宙マイクロ波背景放射で見ることができます。これは、空のあらゆる方向から来る一定の電波の流れです。
宇宙の運命、そして、非常に単純な質問にかかっています：宇宙は膨張し続けますか、そしてどれくらい速くですか？
ものが多すぎる場合、宇宙は減速して停止します
物質や光などの通常の「もの」を含む宇宙の場合、この質問への答えはどれだけのものかによって異なります物質が増えると重力が増し、すべてが引き戻されて膨張が遅くなります。
物質の量が臨界しきい値を超えない限り、宇宙は永遠に膨張し続けます。そして最終的には熱死に苦しみ、凍りつく。
しかし、ものが多すぎると、宇宙の膨張は遅くなり、停止します。その後、宇宙は収縮し始めます。収縮する宇宙はますます小さくなり、最終的には熱くなり、密度が高くなります。非常にコンパクトなインフェルノ、ビッグクランチとして知られる一種の逆ビッグバンで終わります。
20世紀のほとんどの間、天体物理学者はこれらのシナリオのどれがうまくいくかを確信していませんでした。それはビッグフリーズかビッグクランチか？氷か火か？
ダークエネルギーが宇宙を引き離す
彼らは試みた宇宙の国勢調査を実行し、私たちの宇宙にどれだけのものがあるかを合計します。私たちは「奇妙なことに限界速度に近づいており、運命は不確かなままです。
20世紀の終わりにすべてが変わりました。1998年に、天体物理学者の2つの競合するチームが驚くべき発表をしました。宇宙の膨張は加速しています。
通常の物質とエネルギーでは、宇宙をこのように振る舞わせることはできません。これは、「ダークエネルギー」と呼ばれる根本的に新しい種類のエネルギーの最初の証拠であり、「宇宙の他のどのような振る舞いもしませんでした。
ダークエネルギーは宇宙を引き離します。私たちはまだそうしていません」それが何であるかを理解していますが、宇宙のエネルギーの約70％はダークエネルギーであり、その数は毎日増加しています。
ダークエネルギーの存在は、宇宙の物質の量がそうではないことを意味します。」その最終的な運命を決定することができます。
代わりに、ダークエネルギーが宇宙を制御し、宇宙の拡大を常に加速します。これにより、ビッグクランチの可能性がはるかに低くなります。
それは、ビッグフリーズが避けられないという意味ではありません。他にも可能性があります。
そのうちの1つは、宇宙の研究ではなく、亜原子粒子の世界に端を発しています。これはおそらく宇宙にとって最も奇妙な運命です。まるで空想科学小説のように聞こえますが、ある意味ではそうです。
カート・ヴォネガットの古典的なSF小説「猫のゆりかご」では、アイスナインは新しい形のウォーターアイスです。注目すべき特性：0°Cではなく46°Cで凍結します。アイスナインの結晶をコップ一杯の水に落とすと、液体の水よりもエネルギーが低いため、周囲のすべての水が結晶の直後にパターン化されます。
氷が形成され始める場所はありません
アイスナインの新しい結晶は、周囲の水に対して同じことを行います、そして瞬く間に、連鎖反応によってガラス内のすべての水、または（ネタバレ注意！）地球のすべての海が固いアイスナインに変わります。
同じことができます通常の氷と通常の水で実際に起こります。非常に純粋な水を非常にきれいなガラスに入れ、0°Cのすぐ下で冷却すると、水は過冷却になります。つまり、自然の凝固点より下では液体のままです。水中に不純物がなく、ガラスにざらざらした斑点がないため、氷が形成され始める場所がありません。しかし、氷の結晶をガラスに落とすと、アイスナインのように水が急速に凍結します。 。
アイスナインと過冷却水は宇宙の運命とは関係がないように見えるかもしれませんが、宇宙自体にも同様のことが起こる可能性があります。
量子物理学では、完全に空の状態でも真空、少量のエネルギーがあります。しかし、より少ないエネルギーを保持する他の種類の真空もあるかもしれません。
新しい真空は「その周りの古い真空を変換します
それが本当なら、宇宙全体が過冷却水のガラスのようです。それは、低エネルギーの真空の「泡」が現れるまでしか続きません。
幸いなことに、私たちが認識しているような泡はありません。残念ながら、量子物理学は、低エネルギーの場合、真空が可能である場合、その真空の泡は必然的に宇宙のどこかに存在するようになります。
それが起こると、アイスナインのように、新しい真空はその周りの古い真空を「変換」します。泡はほぼ光の速度で膨張するので、私たちはそれが来るのを見ることはありませんでした。
泡の中では、物事は根本的に異なり、ひどく親切ではありません。
人間、惑星、さらには星自体も破壊されます
電子やクォークなどの基本的な粒子の特性まったく異なる可能性があり、化学の規則を根本的に書き直し、おそらく原子の形成を妨げます。
この大きな変化では、人間、惑星、さらには星自体も破壊されます。 1980年の論文で、物理学者のシドニーコールマンとフランクデルッチャはそれを「究極の生態学的大惨事」と呼びました。
怪我に侮辱を加えると、ダークエネルギーはおそらく大きな変化の後で異なった振る舞いをするでしょう。ダークエネルギーは、宇宙をより速く拡大するように駆動するのではなく、代わりに宇宙を引き込み、ビッグクランチに崩壊する可能性があります。
4番目の可能性があり、ここでもダークエネルギーが中心にあります。このアイデアは非常に推測的でありそうもないですが、まだ除外することはできません。ダークエネルギーは私たちが思っていたよりもさらに強力であり、大きな変化、凍結、または介入なしに、それ自体で宇宙を終わらせるのに十分かもしれません。クランチ。
ダークエネルギーには独特の性質があります。宇宙が拡大しても、その密度は一定のままです。つまり、宇宙の量の増加に対応するために、時間の経過とともにより多くのエネルギーが出現します。これは珍しいですが、「物理法則に違反することはありません。
ただし、さらに奇妙になる可能性があります。宇宙が拡大するにつれてダークエネルギーの密度が増加した場合はどうなりますか？言い換えれば、宇宙の暗黒エネルギーの量が宇宙自体の膨張よりも急速に増加した場合はどうなるでしょうか？
このアイデアは、ニューハンプシャー州ハノーバーのダートマス大学のロバートコールドウェルによって提唱されました。彼はそれを「ファントムダークエネルギー」と呼んでいます。それは宇宙にとって非常に奇妙な運命につながります。
ファントムダークエネルギーが存在する場合、スターウォーズが警告したように、ダークサイドは私たちの究極の崩壊です。
宇宙自体が崩壊する前に、原子自体がほんの一瞬で粉々になりました
今、ダークエネルギーの密度は非常に低く、ここ地球上の物質の密度よりもはるかに低く、さらには地球よりもはるかに密度が低いミルキーウェイ銀河の密度よりもはるかに低くなっています。しかし、時間が経つにつれて、ファントムダークエネルギーの密度が高まり、宇宙が崩壊します。
2003年の論文で、コールドウェルと彼の同僚は、「宇宙の終末」と呼ばれるシナリオの概要を説明しました。ファントムダークエネルギーが特定のオブジェクトよりも密度が高くなると、そのオブジェクトは細かく裂かれます。
最初に、ファントムダークエネルギーは天の川を引き離し、その構成星を飛ばします。すると、ダークエネルギーの引き寄せは地球上の太陽の引き寄せよりも強くなるため、太陽系は束縛されなくなります。
最後に、数分で地球が爆発します。その後、原子自体が粉々になり、宇宙自体が裂ける前にほんの一瞬でした。コールドウェルはこれをビッグリップと呼んでいます。
ビッグリップは、コールドウェル自身の承認によれば、「非常に風変わりな」ものです。それは、超光速のスーパーヒーローコミックのように聞こえるからではありません。
これは未来の非常に厳しい肖像画です
ファントムダークエネルギー物質とエネルギーは光速より速く進むことができないという仮定のように、宇宙についてのいくつかのかなり基本的な考えに直面して飛ぶ。それを信じないのには十分な理由があります。
宇宙の膨張の観察と素粒子物理学の実験に基づくと、私たちの宇宙の最終的な運命はビッグフリーズである可能性がはるかに高いようです。おそらくその後に大きな変化と最後のビッグクランチが続きます。
しかし、これは未来の非常に厳しい肖像画です—冷たい空虚のイオン、最終的には真空崩壊と無への最後の膨張によって終了しました。逃げ道はありますか？それとも、宇宙の終焉のレストランでテーブルを予約する運命にありますか？
私たち個人が宇宙の終焉を心配する理由は確かにありません。これらのイベントはすべて、大きな変化を除いて、何兆年も先のことなので、「差し迫った問題ではありません。
また、人類を心配する理由はありません。他に何もないとしても、遺伝的です。ドリフトはそれよりずっと前に私たちの子孫を認識できなくしていたでしょう。しかし、人間であろうとなかろうと、どんな種類の知的な感覚の生き物も生き残ることができますか？
宇宙が加速している場合、それは本当に悪いニュースです
ニュージャージー州プリンストンの高等研究所の物理学者フリーマンダイソンは、1979年に出版された古典的な論文でこの質問を検討しました当時、彼は、ビッグフリーズを生き残るために人生を変えることができると結論付けました。ビッグフリーズは、ビッグクランチの地獄よりも難しいとは思っていませんでした。
Bu最近では、ダークエネルギーの発見のおかげで、彼は楽観的ではなくなっています。
「宇宙が加速しているとしたら、それは本当に悪いニュースです」とダイソンは言います。宇宙の加速膨張は、私たちが最終的にはほんの一握りの銀河を除いてすべてとの接触を失い、私たちが利用できるエネルギーの量を劇的に制限することを意味します。「それは長期的にはかなり悲惨な状況です。」
まだ変わります。ダイソン氏は、「なぜ加速するのかわからないので、拡大が続くかどうかは本当にわからない」と述べ、「宇宙が大きくなるにつれて加速が遅くなるという楽観的な見方をしている」と語った。 「将来ははるかに有望です。」
しかし、拡大が鈍化しない場合、または大きな変化が来ることが明らかになった場合はどうなるでしょうか。一部の物理学者は、マッドサイエンティストの領域にしっかりと存在する解決策を提案しています。宇宙の終焉を逃れるには、実験室で独自の宇宙を構築し、飛び込む必要があります。
このアイデアに取り組んだ物理学者の1人は、マサチューセッツ工科大学のMITのアラン・グースです。非常に初期の宇宙での彼の仕事に対して。
まったく新しい宇宙の作成をすぐに開始できます
「物理法則がそれが可能であることを絶対に暗示しているとは言えません」とGuthは言います。 「可能であれば、私たちが予測できるものをはるかに超える技術が必要になります。取得して制御できるようにするために必要な膨大な量のエネルギーが必要になります。」
最初のステップは次のとおりです。ガスにとっては、信じられないほど密集した形の物質を作り出すことになるでしょう—非常に密集していて、ブラックホールに崩壊する寸前でした。それを正しい方法で行い、その領域から問題をすばやく取り除くことで、その空間の領域を強制的に急速に拡大し始めることができるかもしれません。
事実上、ジャンプスタートします。まったく新しい宇宙の創造。領域内のスペースが拡大すると、境界が縮小し、内側が外側よりも大きい歪んだスペースの泡が作成されます。
これは、ドクターフーのファンにはおなじみのように聞こえるかもしれませんが、ガスによれば、 TARDISは、彼が話しているような空間のゆがみの「おそらく非常に正確なアナロジー」です。
「それが本当にあるかどうかはわかりません」可能かどうか
最終的に、外側は無に縮小し、新しい赤ちゃんの宇宙は私たちの宇宙から離れて、私たちの宇宙の運命から逃れるでしょう。
しかし、ガスは宇宙の終わりを超えた別の希望の源があることも指摘しています。まあ、ある種の希望です。
ガスが最初に提案したのは非常に初期の宇宙がほんの一瞬で驚くほど速く膨張したこと、「インフレーション」として知られているアイデア。多くの宇宙学者は現在、インフレーションが初期の宇宙を説明するための最も有望なアプローチであると信じています、そしてガスの計画新しい宇宙を作成するためには、この急速な拡大を再現する必要があります。
全体としての多元宇宙は本当に永遠です
インフレは、宇宙の究極の運命に興味をそそる結果をもたらします。理論によれば、私たちが住む宇宙は多元宇宙のほんの一部であり、永遠に膨らむ背景が私たちのような「ポケットユニバース」を絶えず生み出しています。
「もしそうなら」 「個々のポケットユニバースは最終的には冷蔵によって死ぬと確信しています。多元宇宙は全体として永遠に生き続け、各ポケットユニバースが作成されると、新しい生命が作成されます」とガス氏は言います。多元宇宙は全体として真に永遠であり、少なくとも将来にわたって永遠であり、個々のポケットユニバースが生きて死んでもです。」
言い換えれば、フランツカフカは、そこにいると言ったとき、正しかったのかもしれません。は「たくさんの希望、無限の希望ですが、私たちにとってはそうではありません。」
これは少し暗い考えです。それがあなたを動揺させるなら、これはかわいい子猫の写真です。