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フリーズ、クランチ、バウンス、リッピング: 宇宙はどのように終わるのでしょうか?

1月 10, 2024

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約138億年前、今日の宇宙のすべてのエネルギーは単一の場所に保持されており、ビッグバンと呼ばれる現象で爆発的に存在しました。

宇宙の始まりについて私たちは深く理解しています。外側に目を向けると、拡大する宇宙の中で、私たちの銀河系が周囲のあらゆるものから遠ざかりつつあることがわかります。過去に遡って観察すると、初期の宇宙の構造と、どのようにして私たちがここに到達したかについて詳しく知ることができます。

しかし、ビッグバン後のほんの数秒から現在に至るまで、宇宙がどのように進化したかについては広く合意された理論がありますが、宇宙がどのように終わるかはまったく別の問題です。

ビッグバンタイムライン

宇宙がどのようにして終末を迎えるかについては主に 4 つの理論があり、それぞれの理論は宇宙の臨界密度と呼ばれるものに依存します。

臨界密度は物質の平均密度に関連しており、宇宙が「平ら」、「開いている」、または「閉じている」と表現できるかどうかを決定します。簡単に言えば、宇宙に十分な物質があれば、最終的には崩壊して元の状態に戻ります。

ビッグクランチ

宇宙が「閉じている」ということは、重力によってすべてが一緒に動くほどの物質が存在することを意味します。重力は宇宙で最も重要な力になるでしょう。それは最終的には崩壊し、ビッグバンのような特異点に圧縮されて戻ります。

ビッグバウンス

別の理論では、ビッグクランチと同様に、宇宙自体が崩壊します。しかし、特異点が形成された後、別のビッグバンが引き起こされます。この理論は、私たちのビッグバンは始まりではなく、無限に続く一連のクランチとバンのサイクルの中の1つであると予測します。

それは閉じられた宇宙の問題です。しかし、密度がこれほど高くない場合はどうなるでしょうか?

ビッグフリーズ

宇宙が開いており、臨界密度が低い場合、宇宙は永遠に膨張し続けます。最終的には、その中のすべてが絶対零度の温度に達し、このシナリオは「大凍結」として知られています。すべての星や銀河は燃料が尽きて死滅し、互いに無限に遠ざかってしまうでしょう。

臨界密度が低すぎず高すぎない場合、宇宙は膨張を続けますが、その膨張速度は遅くなり、最終的には停止します。これには無限の時間がかかります。そして、このシナリオは「フラットな」世界です。平らな宇宙もビッグフリーズにつながるでしょう。

天文学者は NASA の WMAP 探査機を使用して宇宙の臨界密度を測定し、実際の密度が平坦な宇宙を予測することを発見しました。これで、将来どのシナリオが大凍結するかという問題が解決すると思うかもしれませんが、それほど単純ではありません。

しかし、その後の実験では、ハッブル定数として知られるものによって測定される宇宙の膨張速度は、平らな宇宙で予想されるように減速していないことが示されました。実際、スピードは上がっています。この加速の背後にある謎の原因はまだ解明されておらず、ダークエネルギーという一般名が付けられています。

物理学者のフリーマン・ダイソン氏はBBCに対し、「なぜ膨張が加速しているのかが分からないため、膨張が続くかどうかは本当に分からない」と語った。

ビッグリップ

そこに暗黒エネルギーを加えることで、宇宙の潜在的な運命が変化します。一部の理論では、暗黒エネルギーの力は将来的に増加し、光の速度に達するまで膨張率が増加し続けると考えられています。これは、星や銀河のような巨大なものであっても、すべての物体が基本的な素粒子に引き裂かれることで終わります。

宇宙の終焉は心配すべきことではありません。それは何十億年、あるいは何兆年も起こらないでしょう。ただし、これら 4 つの可能性のいずれかに資金を投入する場合は、Big Freeze をお勧めします。ほとんどの兆候は、最も可能性の高い結論としてビッグフリーズを示していますが、もちろん、たとえ正解だったとしても、賭け金を請求することはできません。