大絞り。宇宙の圧縮、またはすべての星を天の川銀河に収める方法宇宙が収縮し始めるとどうなるか

20.10.2019

私たちは日常的に何らかの形で圧縮に取り組んでいます。スポンジから水を絞り出すとき、休暇の前にスーツケースを詰めて、空のスペースをすべて必要なもので埋めようとし、電子メールで送信する前にファイルを圧縮します。「空の」スペースを取り除くというアイデアは非常によく知られています。

宇宙スケールと原子スケールの両方で、科学者はボイドが主要な空間を占めていることを繰り返し確認しています。それでも、この声明がどれほど真実であるかは非常に驚くべきことです！コロンビア大学 (米国) のカレブ A. シャーフ博士が新しい本「Zoomable Universe」を執筆していたとき、彼自身の承認により、劇的な効果のためにそれを使用することを計画していました。

天の川のすべての星を集めて、大きな箱にぎっしり詰め込まれたりんごのように並べて並べることができたらどうでしょうか? もちろん、自然は人が重力を抑えることを決して許さず、星はおそらく1つの巨大なブラックホールに合流します. しかし、思考実験として、これは銀河の空間の大きさを説明する素晴らしい方法です.

結果は衝撃的です。天の川銀河には約 2,000 億個の星があり、そのすべてが太陽の直径であると寛大に仮定すると (大部分の星は質量が小さく、小さいため、これは過大評価です)、まだ可能性があります。それらを立方体に組み立てます。その面の長さは、海王星から太陽までの 2 つの距離に対応します。

「宇宙には膨大な量の空きスペースがあります。そして、それは私を次のレベルの狂気へと導きます」とシャーフ博士は書いています。ビッグバン以降の光の動きの宇宙地平線によって定義される観測可能な宇宙によると、現在の推定では、2,000 億から 2 兆の銀河があることが示唆されています。この多数には、最終的に大きな銀河に合体するすべての小さな「原始銀河」が含まれています。

大胆にそれらの最大数を取り、これらすべての銀河にすべての星を詰め込みましょう。印象的に寛大にするために、それらはすべて天の川のサイズであると仮定しましょう (ただし、ほとんどは実際には私たちの銀河よりもはるかに小さいですが)。 2 兆個の立方体が得られ、その面は 10 13 メートルになります。これらの立方体をより大きな立方体に配置すると、一辺の長さが約 1017 メートルのメガキューブが残ります。

かなり大きいですよね？しかし、宇宙規模ではありません。天の川の直径は約 10 21 メートルなので、10 17 メートルの立方体はまだ銀河のサイズの 1/10,000 しか占めていません。実際、10 17 メートルは約 10 光年です。

当然、これはほんの小さなトリックです。しかし、これは、ダグラス・アダムスが見事に描写した空間の空虚に比べて、密度の高い物質が実際に占めている宇宙の体積がいかに小さいかを効果的に示しています。本当に大きい。宇宙がどれほど広大で、どれほど広大で、息を呑むほどの大きさであるか、信じられないでしょう。一番近いダイナーは遠くにあると思うかもしれませんが、宇宙では何の意味もありません。（「銀河ヒッチハイク・ガイド」）。

今日は、もちろん死についてではなく、宇宙とエネルギーについて話します。ある注目すべき物理学者の引用が言ったように、すべての物理方程式は記号 U=0 が 1 つだけになるまで単純化できます。 (エネルギーはゼロ)
最初は何もゼロではなかったことは明らかであり、その後、ある種の変動変動が発生し、それが私たちの宇宙を生み出しました...これは、この神秘的なものは何トンもの重さであるか、その点線のプルームが基礎を形成するほどの高さまで加速したことを意味します世界中のすべてのクォーク。絡み合った光子が私にこのアイデアを促しました。彼は自分の状態を彼のカップルに報告します。そして、この速度は光の速度よりも高く、おそらく瞬間的なものであり、それを修正するためのデバイスがありません。一般に、2 つの異なるクロノメーターを 1 フェムト秒に同期させることは、誰が何と言おうと困難です。全体として、すべての真空気泡の質量は、静止している場合はゼロに等しく、エネルギーはゼロに等しくなりますが、条件中心、つまり静止の大きさに対して加速度または振動が現れるとすぐに、すべてが変化し始めます。遠方の銀河を見てください。それらの多くは回転しており、さらに驚くべき天体である中性子星があります。何が彼らを動かしたのですか？空間の最小のレンガ、真空セルの融合により。それらは、すべての既知の相互作用に最大の貢献をします。ある時点で、2 つではなく 3 つの真空の泡が一度に融合すると、光子が現れます。これは比較的安定したフォーメーションですが、回転面が 1 つしかないため、どの方向にも非常に速く移動します。しかし、4 つの細胞が融合すると電子ができ、そこにはすでに 2 つの回転軸があります。一次泡自体は直径1.9mmと比較的大きなサイズで、小宇宙の巨人に過ぎません。しかし、別のものと組み合わせた後、サイズは4分の1に減少し、エネルギーは逆に増加します。
光を圧縮すると、同じようなことが起こり、より小さな原子格子を通過します。赤のスペクトルから、緑を作り、次に青にすることができます。この類推によると、宇宙から地球に近づいてきた大きな真空の泡は、空気分子と衝突し、ふるいを通過して、密度が高くなり、小さくなります。そして、彼らが私たちの惑星に近づく理由、または彼らを引き付けるものは何ですか? 今、私は扇動的な考えを表明しますが、それは物理学の歴史に残るでしょう.
ほら、真空の泡は非常に大きく、それは本質的にマイクロ波であり、それを貫通して破裂するには、光子、電子、原子核、または熱だけが通過するのに十分です. したがって、どの電磁波よりも多く放射している太陽は、太陽自身の近くの泡の絶え間ない不足を引き起こし、遠くから新しい泡の流入を引き起こします. 減圧された真空圧の広大なゾーンが形成されます。すべての惑星が確実に私たちの発光体に落ちなければならないことは論理的です。星自体は、銀河の中心から低圧の「斜面」に沿って転がります. 星自体が道を切り開くだけであり、独自の電磁界で前方の道を燃やします. 地球や他の惑星は、彼らの磁場. さらに, より大きな密度のために, 彼らは太陽よりも宇宙でより多くの速度を拾うことができます. 太陽はほぼ直線で移動するため, 私たちはまだその周りにプレッツェルを書いています.システムは同じ角度で私たちの電磁場をコンパスのように均等に向けます。つまり、それらはすべての惑星を太陽と一緒に同じ方向に加速させます。これは磁北極から南に向かっており、力線が出てきます。卵の形をしているため、南半球はより強力で、南半球はより平らになっています。
結論を出すのは時期尚早ですが、すべての天体の駆動メカニズムとして重力を完全に見直す必要があります。強力なレーザーで宇宙を照らすと、ビームの方向に前方に推力がかかり、反作用の力よりも強力になります。それは、それ自体の前にある光子で気泡をより集中的に破裂させ、空間を放電するためです.
ちなみに、半分は私たち自身の加速度で速度を足しても、秒速60kmまで加速できる小さな小惑星に注目。天国の石自体は実質的に何も放出しません。つまり、太陽と惑星の電磁場の風のフェアウェイでのみ加速されます。私たちの銀河系のどこでも、空気のような風の総速度は 30 km/s であることがわかりました。
どうやって知ったの？非常に単純な問題です。車がさまざまな速度でランダムに前後に走っていると想像してください。衝突は接線方向に発生することが多く、正面衝突の頻度は低くなりますが、後者は最大強度に達します。そのため、彼らはほぼ同じ速度でお互いに向かって歩いていました。
エピローグは、逆反応、スペースバブルの分割、宇宙の膨張もあるということですか?
はい、しかしそれは別の話です。

, ビッグスクイーズ(英語のビッグクランチ、「ビッグコットン」という用語も使用されます) - 宇宙の膨張が時間の経過とともに収縮に変化し、宇宙が崩壊し、最終的には崩壊する、宇宙の将来の可能なシナリオの 1 つ特異点。

レビュー

宇宙が空間的に有限であり、膨張率が脱出速度を超えない場合、そのすべての物質の結合された重力により、最終的に宇宙の膨張が停止し、収縮します。エントロピーの増加により、収縮パターンは時間反転膨張パターンとは大きく異なります。初期の宇宙は非常に均一でしたが、収縮する宇宙は別々の孤立したグループに分かれます。最終的に、すべての物質がブラックホールに崩壊し、それが合体して、結果として 1 つのブラックホール、ビッグクランチシンギュラリティが作成されます。

ハッブル定数は宇宙の膨張の現在の状態を決定し、重力は宇宙内の物質の密度と圧力に依存し、それらの比率は宇宙の臨界密度によって与えられます。宇宙の密度が臨界密度よりも大きい場合、重力によって宇宙の膨張が止まり、収縮し始めます。宇宙の密度が臨界密度よりも低い場合、宇宙は膨張し続け、重力はこの膨張を止めるのに十分ではありません. この開発シナリオは、宇宙が膨張してエントロピーの状態に達するにつれて冷える「大凍結」として知られる結果につながります [ ] . いくつかの理論によると、宇宙は収縮して元の場所に戻ることができ、その後、新しいビッグバンが発生し、そのような収縮と膨張のサイクルが永遠に続きます。

不可能、信じられない、奇跡へのガイド。

大英博物館からそう遠くない、放棄された屋根裏部屋で：

コーネリアスは白紙を手に取り、ローラーに通して印刷を始めました。彼の物語の出発点は、宇宙が未来に向かって拡大し続ける道を歩み始めたときのビッグバンそのものでした。インフレーションの短いバーストの後、宇宙は一連の相転移に投げ込まれ、反物質よりも過剰な物質を形成しました。この初期の時代、宇宙には宇宙構造がまったく含まれていませんでした。

100 万年と多くの紙の束を経て、コーネリアスは星の年齢に達しました。星が活発に生まれ、ライフサイクルを経て、核反応によってエネルギーを生成する時代です。この明るい章は、銀河が水素ガスを使い果たし、星の形成が停止し、最も寿命の長い赤色矮星がゆっくりと死滅するにつれて閉じます。

ノンストップでタイピングを続けるコーネリアスは、自身の物語を褐色矮星、白色矮星、中性子星、ブラックホールを含む崩壊の時代に紹介します。この凍った砂漠の真ん中で、暗黒物質が死んだ星の内部にゆっくりと集まり、宇宙を動かす放射線となって消滅します。陽子崩壊は、この章の最後にシーンに入ります。縮退した星の残骸の質量エネルギーがゆっくりと排出され、炭素ベースの生命が完全に消滅するためです。

疲れ果てた著者が仕事を続けるとき、彼の物語の唯一のヒーローはブラックホールです。しかし、ブラックホールは永遠に生き続けることはできません。これまでになく弱い光を放出するこれらの暗い物体は、ゆっくりとした量子力学的プロセスで蒸発します。別のエネルギー源がない場合、宇宙はこのわずかな量の光で何とかしなければなりません。最大のブラックホールが蒸発した後、ブラックホール時代の移行期の黄昏は、さらに深い暗黒に道を譲ります。

最終章の冒頭で、コーネリアスは紙を使い果たしましたが、時間はありませんでした。宇宙には恒星の物体はもうありませんが、以前の宇宙の大惨事から残った役に立たない製品だけです. この冷たく暗く、永遠の闇の非常に遠い時代に、宇宙活動は著しく減速しています。非常に低いエネルギーレベルは、膨大な時間スパンと一致しています。燃えるような青春と活気に満ちた中年を経て、現在の宇宙はゆっくりと闇へと忍び寄っています。

宇宙が年をとるにつれて、その性質は絶えず変化しています。将来の進化の各段階で、宇宙は驚くほど多様で複雑な物理プロセスやその他の興味深い動作を維持しています。私たちの宇宙の伝記は、爆発による誕生から永遠の闇への長く緩やかな滑り込みまで、物理法則と天体物理学の驚異に関する現代の理解に基づいています。現代の学問の幅広さと徹底的さのおかげで、この記述は、私たちが形成できる最も可能性の高い未来のビジョンを示しています.

クレイジーな大きな数字

宇宙が将来持つかもしれない膨大な範囲のエキゾチックな振る舞いについて議論するとき、読者は何かが起こる可能性があると考えるかもしれません. しかし、そうではありません。物理的な可能性はたくさんありますが、理論的に可能な出来事のほんの一部しか実際に起こりません。

まず第一に、物理法則は許可された行動に厳しい制限を課します。全エネルギー保存則を守らなければなりません。電荷保存の法則を破ってはいけません。主な指針となる概念は、熱力学の第 2 法則であり、物理系の全エントロピーが増加する必要があると正式に述べています。大雑把に言えば、この法則は、システムが無秩序の増大する状態に進化しなければならないことを示唆しています。実際には、熱力学の第 2 法則により、熱は高温の物体から低温の物体に流れ、その逆ではありません。

しかし、物理法則によって許容されるプロセスの範囲内であっても、原理的に発生する可能性のある多くのイベントは実際には発生しません。一般的な理由の 1 つは、単純に時間がかかりすぎて、他のプロセスが先に進んで先に進んでしまうことです。この傾向の良い例は、常温核融合プロセスです。星の内部での核反応に関連してすでに述べたように、考えられる原子核の中で最も安定しているのは鉄原子核です。水素やヘリウムなどの多くの小さな原子核は、結合して鉄原子核になるとエネルギーを放出します。周期表の反対側では、ウランなどのより大きな原子核も、部分に分割できればエネルギーを放棄し、これらの部分から鉄原子核を形成できます。鉄は原子核が利用できる最も低いエネルギー状態です。核は鉄の形にとどまる傾向がありますが、エネルギー障壁により、ほとんどの条件下でこの変換が容易に行われません. これらのエネルギー障壁を克服するには、原則として、高温または長時間のいずれかが必要です。

岩石や惑星などの大きな固体を考えてみましょう。この固体の構造は、化学結合などの通常の電磁力では変化しません。元の原子核組成を保持する代わりに、物質は、原則として、その原子核のすべてが鉄に変わるように、自分自身を再配置することができます. このような物質の再構築が行われるためには、原子核は、この物質を存在する形で保持する電気力と、原子核が互いに作用する電気反発力に打ち勝たなければなりません。これらの電気力は、図 1 に示したバリアと同様に、強力なエネルギーバリアを作成します。 23. この障壁のために、核は量子力学的トンネリングを介して再グループ化する必要があります (核が障壁を貫通すると、強い引力が核融合を開始します)。したがって、私たちの物質は核活動を示します。十分な時間があれば、石全体または惑星全体が純粋な鉄に変わります。

このような原子核の再構築にはどのくらいの時間がかかりますか? このタイプの核活動は、約 1,500 の宇宙論的数十年で岩石のコアを鉄に変換します。この核プロセスが起こると、鉄原子核はより低いエネルギー状態に対応するため、過剰なエネルギーが宇宙に放出されます。しかし、常温核融合のこのプロセスは決して完了しません。それは実際に始まることさえありません。原子核を構成するすべての陽子は、原子核が鉄に変換されるずっと前に、より小さな粒子に崩壊します。陽子の可能な最長寿命でさえ、200 宇宙論的数十年未満であり、常温核融合に必要な膨大な時間スパンよりもはるかに短い。言い換えれば、原子核は鉄に変わる前に崩壊します。

宇宙論にとって重要と見なされるには時間がかかりすぎるもう 1 つの物理的プロセスは、縮退星のブラックホールへのトンネリングです。ブラックホールは星が利用できる最低エネルギー状態であるため、縮退した白色矮星型の天体は、同じ質量のブラックホールよりも多くのエネルギーを持っています。したがって、白色矮星が自発的にブラックホールに変化することができれば、余分なエネルギーを放出することになります。しかし、このような変換は通常、白色矮星の存在を維持する縮退ガスの圧力によって作成されるエネルギー障壁のために発生しません。

エネルギー障壁にもかかわらず、白色矮星は量子力学的トンネリングによってブラックホールに変化する可能性があります。不確定性原理により、白色矮星を構成するすべての粒子 (1057 程度) が非常に小さな空間に収まり、ブラックホールを形成する可能性があります。ただし、このランダムなイベントには非常に長い時間が必要です。約 10 76 宇宙論的な数十年です。 10 76 宇宙数十年の真に巨大なサイズを誇張することは不可能です。この非常に長い期間を年で表すと、10 76 ゼロの単位になります。この数は、本に書き始めることさえできないかもしれません。それは、目に見える現代の宇宙のすべての陽子に対して 1 つのゼロのオーダーであり、プラスまたはマイナス 2 桁です。言うまでもなく、陽子は崩壊し、白色矮星は、宇宙が 1076 年目の宇宙の 10 年に達するずっと前に消滅します。

長期的な拡大の過程で実際に何が起こるのでしょうか?

多くの事象は事実上不可能ですが、理論的な可能性は依然として広大です。宇宙の将来の振る舞いの最も広いカテゴリーは、宇宙が開いているか、平らであるか、閉じているかに基づいています。開いた宇宙または平らな宇宙は永遠に膨張しますが、閉じた宇宙は、宇宙の初期状態に応じて、一定の時間が経過すると再収縮します。しかし、より推測的な可能性を考慮すると、宇宙の将来の進化は、この単純な分類スキームが示唆するよりもはるかに複雑になる可能性があることがわかります.

主な問題は、意味のある物理的測定しかできないため、宇宙の局所領域について特定の結論を下すことができることです。これは、現代の宇宙論的地平線によって制限された部分です. 直径約200億光年のこの局所領域内の宇宙の総密度を測定することができます。しかし、残念ながら、この局所的な体積内の密度測定は、宇宙全体の長期的な運命を決定するものではありません.宇宙はもっと大きくなる可能性があるからです.

たとえば、宇宙密度が宇宙を閉じるのに必要な値を超えていることを測定できたとします。私たちは、将来、宇宙が再圧縮を経験するはずであるという実験的結論に達するでしょう。宇宙は明らかに、次のセクションで説明するビッグクランチに至る一連の加速する自然災害によって送られます。しかし、それだけではありません。宇宙の私たちの局所領域 - 私たちが観察しているこの部分は、この架空のハルマゲドンのシナリオに囲まれています - は、はるかに低い密度のはるかに大きな領域内にネストされている可能性があります. この場合、宇宙全体の特定の部分だけが圧縮に耐えることができます。おそらく宇宙の大部分をカバーする残りの部分は、無限に拡大し続ける可能性があります。

読者は私たちに同意せず、そのような複雑さはほとんど役に立たないと言うかもしれません. いずれにせよ、私たちの世界は破壊と死から逃れることはできません。しかし、この全体像をざっと見てみると、私たちの見方が大きく変わります。より大きな宇宙が全体として生き残るなら、私たちの地域の死はそれほど悲劇ではありません. 地震などによる地球上の 1 つの都市の破壊が恐ろしい出来事であることは否定しませんが、それでも地球全体の完全な破壊ほど恐ろしいものではありません。同様に、宇宙全体のごく一部を失うことは、宇宙全体を失うことほど壊滅的ではありません。複雑な物理的、化学的、生物学的プロセスは、遠い未来、宇宙のどこかで展開する可能性があります。私たちの局所的な宇宙の破壊は、将来もたらされる可能性のある一連の天体物理学的災害のもう 1 つの大惨事である可能性があります。太陽の死、地球上の生命の終焉、銀河系の蒸発と散乱、陽子の崩壊などです。したがって、すべての通常の物質の破壊、ブラックホールの蒸発など。

大宇宙の生存は、実際に長距離を移動するか、光信号による情報伝達による代替解放のいずれかで、救済の機会を提供します。この脱出ルートは、私たちの局所的な時空の閉じた領域が宇宙のより大きな領域とどのように組み合わされるかによって、困難または禁止される可能性さえあります. しかし、人生は別の場所でも続けられるという事実は、希望を生き続けさせます。

私たちの地域が再び縮小した場合、この本で説明されているすべての天文学的イベントが宇宙の私たちの部分で発生するのに十分な時間がなくなる可能性があります. しかし、最終的には、これらのプロセスは宇宙の別の場所、つまり私たちから遠く離れた場所で発生します。宇宙の局所部分が再圧縮されるまでの時間は、局所部分の密度によって異なります。現代の天文学的測定は、その密度が十分に低いため、宇宙の局所的な部分がまったく崩壊しないことを示していますが、追加の目に見えない物質が暗闇に隠れている可能性があります. 局所密度の最大可能値は、宇宙の局所部分を閉じるために必要な値の約 2 倍です。しかし、この最大密度でさえ、宇宙は少なくとも200億年が経過するまで収縮し始めることはできません. この時間的制約により、ビッグクランチのローカルバージョンが少なくともさらに 500 億年遅れることになります。

反対の一連の状況も発生する可能性があります。宇宙の私たちの局所的な部分は、密度が比較的低いため、永遠の命に値する可能性があります。ただし、この時空間のローカルパッチは、はるかに高密度のはるかに広い領域内にネストできます。この場合、私たちの局地的な宇宙の地平が十分に大きくなり、高密度のより大きな領域を含むようになると、私たちの局地的な宇宙は、再収縮を受ける運命にあるより大きな宇宙の一部になります.

この破壊シナリオでは、私たちの局所宇宙がほぼ平坦な宇宙幾何学を持つ必要があります。これは、膨張率が着実に低下し続けるからです。ほぼ平坦なジオメトリにより、メタスケール宇宙 (宇宙の全体像) のますます大きな領域がローカルイベントに影響を与えることができます。この大きな周辺領域は、最終的に再圧縮に耐えられるだけの十分な密度が必要です。私たちの宇宙の地平線が必要な大規模に成長するためには、十分に長く生きなければなりません (つまり、崩壊が早すぎてはなりません)。

これらのアイデアが宇宙で実現された場合、私たちの局所的な宇宙は、それを吸収する宇宙のはるかに大きな領域とはまったく「同じ」ではありません. したがって、十分に大きな距離では、宇宙論の原則が明らかに破られます。宇宙は、空間のすべての点で同じではなく (均質)、すべての方向で必ずしも同じではありません (等方性)。この可能性は、過去の歴史を研究するための宇宙論的原理の使用を否定するものではありません (ビッグバン理論のように)。なぜなら、宇宙は、現在約 100 億の時空のローカル領域内で明らかに均一で等方性であるためです。光年。均一性と等方性からの潜在的な逸脱は、サイズが大きいことを意味します。つまり、それらは将来的にのみ現れる可能性があります。

皮肉なことに、現在宇宙の地平線の外にある宇宙のより大きな領域の性質に制限を設けることができます. 測定によると、宇宙背景放射は非常に均一です。しかし、宇宙の密度に大きな違いがあると、たとえそれらが宇宙の地平線の外にあったとしても、この均一な背景放射に脈動が確実に発生します. したがって、大きな変動がないことは、予想される重要な密度摂動が私たちから非常に遠く離れていることを示唆しています。しかし、大きな密度の摂動が遠くにある場合、宇宙の私たちの局所的な領域は、それらに遭遇する前に十分長く生きている可能性があります. 密度の大きな違いが宇宙の私たちの部分に影響を与える可能性がある最も早い時期は、約17の宇宙論的十年です. しかし、おそらく、この宇宙を変える出来事はずっと後に起こるでしょう。インフレーション宇宙の理論のほとんどのバージョンによると、私たちの宇宙は均質であり、数百年、さらには数千年の宇宙論的数十年の間、ほぼフラットのままです。

ビッグスクイーズ

宇宙 (またはその一部) が閉じている場合、重力が膨張に打ち勝ち、必然的に収縮が始まります。そのような再崩壊を経験している宇宙は、 ビッグスクイーズ. 収縮する宇宙の時系列を示す変遷の多くは、現在英国王室の天文学者であるマーティンリース卿によって最初に検討されました。宇宙がこの壮大なフィナーレに突入するとき、災害に事欠くことはありません。

宇宙は永遠に膨張する可能性が最も高いですが、宇宙の密度が臨界密度の値の 2 倍を超えないことは多かれ少なかれ確信しています。この上限を知っていると、次のように述べることができます。最小ビッグクランチで宇宙が崩壊するまでの残り時間は約500億年です。審判の日は、人間の時間の尺度ではまだ非常に遠いので、家賃はおそらく定期的に支払われ続けるはずです.

200 億年後、宇宙が最大サイズに達したとき、宇宙は再収縮を経験するとします。当時、宇宙は現在の約 2 倍の大きさでした。背景放射の温度は約 1.4 ケルビンで、現在の値の半分です。宇宙がこの最低温度まで冷やされた後、その後の崩壊によって宇宙は加熱され、ビッグクランチに向かって急速に移動します。その過程で、この圧縮の過程で、宇宙によって作成されたすべての構造が破壊されます: クラスター、銀河、星、惑星、さらには化学元素自体.

再圧縮が始まってから約 200 億年後、宇宙は現在の宇宙の大きさと密度に戻ります。そしてその間の 400 億年の間に、宇宙はほぼ同じような大規模構造で前進します。星は生まれ、進化し、死んでいきます。私たちの近くにいるプロキシマ・ケンタウリのような小さくて燃料効率の良い星は、重要な進化を遂げるのに十分な時間がありません。一部の銀河は親銀河団内で衝突して合体しますが、ほとんどの銀河は実質的に変化しません。単一の銀河が動的構造を変化させるには、400 億年以上かかります。ハッブルの膨張の法則を逆転させることによって、一部の銀河は銀河から遠ざかるのではなく、私たちの銀河に近づきます。天文学者が差し迫った大惨事を垣間見ることができるのは、この奇妙な青方偏移傾向だけです。

広大な空間に散らばり、塊や糸に緩く結びついた銀河団は、宇宙が現在の 5 分の 1 のサイズに縮小するまでそのまま残ります。この仮想的な将来の結合の瞬間に、銀河団が融合します。今日の宇宙では、銀河団は体積の約 1% しか占めていません。ただし、宇宙が現在のサイズの 5 分の 1 に縮小すると、クラスターが事実上すべてのスペースを埋めます。このように、宇宙は一つの巨大な銀河団になりますが、この時代の銀河自体は個性を保っています。

収縮が続くと、宇宙はすぐに現在の 100 分の 1 になります。この段階では、宇宙の平均密度は銀河の平均密度と等しくなります。銀河は互いに重なり合い、個々の星は特定の銀河に属しなくなります。そうすれば、宇宙全体が星で満たされた1つの巨大な銀河に変わります。宇宙背景放射によって作成された宇宙の背景温度は、氷の融点に近づく 274 ケルビンまで上昇します。この時代以降、イベントの圧縮が進むため、タイムラインの反対側、つまりビッグクランチまでの残り時間の位置からストーリーを続ける方がはるかに便利です。宇宙の温度が氷の融点に達するとき、私たちの宇宙には 1000 万年の未来の歴史があります。

この時点まで、地球型惑星での生命は、周囲で起こっている宇宙の進化とはまったく無関係に続いています。実際、空の暖かさは、最終的にすべての太陽系の周辺に漂う凍った冥王星のような物体を溶かし、宇宙で生命が繁栄する最後の一瞬のチャンスを提供します. この比較的短い最後の春は、背景放射の温度が上昇し続けるにつれて終わりを迎えます。宇宙全体で液体の水が消失するのとほぼ同時に、すべての生命が大量絶滅します。海は沸騰し、夜空は今日地球から見た昼間の空よりも明るくなりつつあります。最終的な崩壊まであと 600 万年しか残っていないため、生き残った生命体は、惑星の内部深くにとどまるか、精巧で効率的な冷却メカニズムを開発する必要があります。

最終的な破壊の後、最初に星団が破壊され、次に銀河自体が破壊され、次は星です。他に何も起こらなければ、星は遅かれ早かれ衝突し、進行中のすべてを破壊する圧縮に直面して互いに破壊するでしょう. しかし、そのような残酷な運命はそれらを迂回します。なぜなら、宇宙が星の衝突が発生するのに十分な密度になるずっと前に、星はより緩やかな方法で崩壊するからです. 継続的に収縮する背景放射の温度が星の表面温度 (4 ～ 6,000 ケルビン) を超えると、放射場が星の構造を大きく変化させる可能性があります。星の内部では核反応が続いていますが、その表面は非常に強力な外部放射線場の影響を受けて蒸発しています。したがって、バックグラウンド放射線は星の破壊の主な理由です。

星が蒸発し始めると、宇宙の大きさは現在の約 2000 分の 1 になります。この激動の時代、夜空は太陽のように明るく見えます。残り時間の短さを無視することはできません。最強の放射線は、最後まで残り 100 万年にも満たないという疑いを焼き払います。この時代を見るために生きている技術に精通している天文学者は、彼らが観察する宇宙の大釜 - 太陽と同じくらい明るい空に凍った星 - は、オルバースのパラドックスの復活に他ならないことをおそらく諦めた驚きで思い出すでしょう.無限に古い静的な宇宙。

この蒸発の時代を生き延びた星の核や褐色矮星は、最も無礼な方法で粉々に引き裂かれます。背景放射の温度が 1,000 万ケルビンに達すると、これは星の中心領域の現在の状態に匹敵し、残りの核燃料が発火し、最も強力で最も壮観な爆発を引き起こす可能性があります。このように、蒸発をなんとか生き延びた恒星の物体は、世界の終わりの一般的な大気に貢献し、幻想的な水素爆弾に変わります.

縮小する宇宙の惑星は、星の運命を共有します。木星や土星のような巨大なガスの塊は、恒星よりもはるかに軽く蒸発し、地球型惑星と見分けがつかない中心核だけを残します。液体の水は惑星の表面からかなり前に蒸発しており、すぐにその大気がその例に倣うでしょう。不毛と不毛の荒れ地だけが残っています。岩の表面が溶け、液体の岩の層が徐々に厚くなり、最終的には惑星全体を飲み込みます。重力は死にかけている溶融残骸が飛散するのを防ぎ、それらは重いケイ酸塩の大気を作り出し、それが今度は宇宙空間に漏れ出します. 蒸発する惑星は、まばゆい炎に突入し、跡形もなく消えていきます。

惑星がシーンを離れると、星間空間の原子は、それらを構成する原子核と電子に崩壊し始めます。背景放射が非常に強くなり、フォトン (光の粒子) が電子を放出するのに十分なエネルギーを獲得します。その結果、過去数十万年の間に、原子は存在しなくなり、物質は崩壊して荷電粒子になります。バックグラウンド放射線は、これらの荷電粒子と強く相互作用します。これにより、物質と放射線が密接に絡み合っています。再結合以来、ほぼ 600 億年間妨げられずに移動してきた宇宙背景光子は、「次の」散乱の表面に衝突します。

宇宙が現在の 1 万分の 1 に縮小すると、ルビコンが交差します。この段階では、放射線の密度が物質の密度を超えています。これは、ビッグバン直後のケースにすぎません。放射線が再び宇宙を支配し始めます。物質と放射線は収縮したために異なる振る舞いをするため、宇宙がこの遷移を経験すると、さらなる収縮はわずかに変化します。あと一万年しかない。

最終的な圧縮まであと 3 分しかないとき、原子核は崩壊し始めます。この崩壊は、すべての自由核が破壊される最後の 1 秒まで続きます。この抗元素合成の時代は、原始時代の最初の数分間に起こった暴力的な元素合成とはまったく異なります。宇宙の歴史の最初の数分間は、最も軽い元素、主に水素、ヘリウム、そして少量のリチウムだけが形成されました。ここ数分間、さまざまな重い原子核が宇宙に存在しています。鉄原子核は最も強い結合を保持しているため、その崩壊には粒子あたり最大のエネルギーが必要です。しかし、収縮する宇宙は、これまで以上に高い温度とエネルギーを生み出します。遅かれ早かれ、鉄原子核でさえ、この非常に破壊的な環境で死ぬでしょう。宇宙の生命の最後の 1 秒間に、化学元素は 1 つも残っていません。宇宙の歴史の最初の 1 秒のように、陽子と中性子は再び自由になります。

この時代に少なくともいくらかの生命が宇宙に残っていれば、核の破壊の瞬間がその特徴となり、そのためにそれらは戻ってこない. この出来事の後、宇宙には、炭素ベースの地球の生命に少しでも似ているものは何も残らないでしょう. 宇宙には炭素が残りません。核の崩壊をなんとか生き延びた生物は、真にエキゾチックな種に属しているに違いありません。おそらく、強い相互作用に基づく存在は、宇宙の生命の最後の瞬間を見ることができた.

最後の 1 秒は、逆さまに表示されるビッグバン映画によく似ています。核の崩壊後、わずか 1 マイクロ秒で宇宙が死から分離されると、陽子と中性子自体が崩壊し、宇宙は自由クォークの海に変わります。圧縮が続くと、宇宙はより熱く、より密度が高くなり、物理法則が変化しているように見えます。宇宙が約 10 15 ケルビンの温度に達すると、弱い核力と電磁気力が結合して電弱力を形成します。この現象は一種の宇宙論的相転移であり、漠然と氷から水への変化を連想させます。私たちがより高いエネルギーに近づき、時間の終わりに近づくにつれて、直接的な実験的証拠から遠ざかり、それによって物語は、好むと好まざるとにかかわらず、より推測的なものになります。それでも私たちは続けます。結局、宇宙にはまだ 10 -11 秒の歴史が残っています。

次の重要な遷移は、強い力が電弱な力と結合するときに発生します。このイベントは 偉大な組合は、自然の 4 つの基本的な力のうち、強い核力、弱い核力、電磁気力の 3 つを組み合わせたものです。この統合は、宇宙が生き残るのにあと 10 -37 秒しか残されていない 10 28 ケルビンという信じられないほど高い温度で行われます。

カレンダー上で最後に記録できる主要なイベントは、重力と他の 3 つの力の統合です。この極めて重要なイベントは、収縮する宇宙が約 10 32 ケルビンの温度に達し、ビッグクランチまであと 10 -43 秒しか残っていないときに発生します。この温度またはエネルギーは通常 プランク値. 残念なことに、科学者は、自然の 4 つの基本的な力すべてが 1 つに結合されているようなエネルギー規模の自己矛盾のない物理理論を持っていません。この 4 つの力の統合が再圧縮中に発生すると、現在の物理法則の理解はもはや十分ではなくなります。次に何が起こるかはわかりません。

宇宙の微調整

不可能で信じられない出来事を見てきたので、起こった最も異常な出来事、生命の誕生について考えてみましょう。私たちの宇宙は、私たちが知っているように、生活にとって非常に快適な場所です. 実際、天体物理学の 4 つのウィンドウすべてが、その開発において重要な役割を果たしています。天文学の最小の窓である惑星は、生命の故郷です。それらは、生命が発生し進化できる「ペトリ皿」を提供します。星の重要性も明らかです。星は生物の進化に必要なエネルギー源です。星の 2 番目の基本的な役割は、錬金術師のように、ヘリウムよりも重い元素を形成することです。炭素、酸素、カルシウム、その他の原子核が、私たちに知られている生命体を構成しています。

それほど明白ではありませんが、銀河も非常に重要です。銀河の拘束力がなければ、星によって生成された重元素は宇宙全体に分散します。これらの重元素は、惑星やすべての生命体を構成する重要な構成要素です。銀河は、その大きな質量と強い引力により、星の死後に残された化学的に濃縮されたガスが散乱するのを防ぎます。その後、この以前に処理されたガスは、将来の世代の星、惑星、および人々に含まれます。このように、銀河の引力により、次の世代の星や地球のような岩石惑星の形成に重元素を簡単に利用できます。

最大距離について話すと、宇宙自体が生命の出現と発展を可能にするために必要な特性を持っている必要があります。生命とその進化の完全な理解に少しでも似ているものはありませんが、基本的な要件の 1 つは比較的確実です。それには長い時間がかかります。地球上で人間が出現するまでに約 40 億年かかりましたが、いずれにせよ、知的生命体が出現するには少なくとも 10 億年は経過しなければならないことは間違いありません。したがって、少なくとも漠然と私たちの生物学に似ている生物学の場合、生命が進化するためには宇宙全体が何十億年も生きなければならない.

私たちの宇宙全体の特性は、生命の発達を助長する化学的環境を提供することも可能にします. 星では炭素や酸素などの重い元素が合成されますが、水素も重要な要素です。 3 つの水原子のうちの 2 つ、H 2 O の一部であり、地球上の生命の重要な構成要素です。可能性のある宇宙とそれらの可能性のある特性の膨大な集合を考慮すると、原始元素合成の結果として、すべての水素がヘリウムやさらに重い元素に処理される可能性があることに気付きます。あるいは、宇宙が急速に膨張したために、陽子と電子が出会って水素原子を形成しなかった可能性もあります。とはいえ、水の分子を構成する水素原子がなければ、通常の生命は存在し得ないので、宇宙は終わっていたかもしれません。

これらの考慮事項を考慮に入れると、私たちの宇宙が私たちの存在を可能にするために必要な機能を実際に持っていることが明らかになります. 物理定数の値、基本的な力の大きさ、素粒子の質量によって決定される物理法則を考えると、私たちの宇宙は銀河、星、惑星、生命を自然に作り出しています。もし物理法則が少し違った形をしていたら、私たちの宇宙は完全に人が住めなくなり、天文学的に非常に貧しいものになる可能性があります.

ユニバースに必要な微調整をもう少し詳しく説明しましょう。生命に必要な天体の 1 つである銀河は、重力が宇宙の膨張に打ち勝ち、局所的な領域が収縮するときに形成されます。重力がはるかに弱かったり、宇宙膨張の速度がはるかに速かったりした場合、今では宇宙に単一の銀河は存在しません. 宇宙は散逸し続けますが、少なくとも宇宙の歴史のこの時点では、重力で束縛された単一の構造は含まれていません。一方、重力の値がはるかに大きいか、宇宙の膨張率がはるかに小さかった場合、銀河の形成が始まるずっと前に、宇宙全体が再びビッグクランチで崩壊する. いずれにせよ、現代の宇宙には生命は存在しないでしょう。これは、銀河やその他の大規模な構造で満たされた宇宙の興味深いケースでは、重力と膨張率の間のかなり微妙な妥協が必要であることを意味します。そして私たちの宇宙はまさにそのような妥協を実現しました。

恒星に関しては、物理理論の必要な微調整は、さらに厳しい条件に関連付けられています。星の中で起こる核融合反応は、生命の進化に必要な 2 つの重要な役割を果たします。それは、エネルギーの生成と、炭素や酸素などの重元素の生成です。星がその役割を果たすためには、それらが長生きし、十分に高い中心温度に達し、十分に共通である必要があります。これらすべてのパズルのピースがはまるためには、宇宙にさまざまな特殊な特性が備わっている必要があります。

おそらく、最も明確な例は核物理学によって提供されます。核融合反応と核構造は、強い相互作用の大きさに依存します。原子核は結合構造として存在します。これは、正に帯電した陽子の電気的反発が原子核を引き裂く傾向があるにもかかわらず、強い力が陽子を互いに近づけることができるためです。強い力がもう少し弱ければ、重い原子核は存在しません。そうすれば、宇宙には炭素がなくなり、その結果、炭素に基づく生命体は存在しなくなります。一方、強い核力がさらに強ければ、2 つの陽子が結合して、2 陽子と呼ばれるペアになる可能性があります。この場合、強い力が非常に強いため、宇宙のすべての陽子が結合して二陽子またはさらに大きな核構造になり、通常の水素はまったく残らない. 水素がなければ、宇宙には水が存在しないため、私たちに知られている生命体は存在しません。私たちにとって幸いなことに、私たちの宇宙には、水素、水、炭素、およびその他の生命の必須成分を可能にする適切な量の強力な力があります.

同様に、弱い核力が非常に異なる強さを持っていれば、星の進化に大きな影響を与えるでしょう. たとえば、弱い相互作用が強い相互作用に比べてはるかに強い場合、星の内部での核反応ははるかに速い速度で進行し、星の寿命が大幅に短縮されます。弱い相互作用の名前も変更する必要があります。宇宙では、星の質量の範囲が広いため、この問題に多少の遅れがあります。小さな星は長生きし、太陽の代わりに生物学的進化を促進するために使用できます。しかし、縮退ガスの圧力 (量子力学による) により、星は質量が小さくなりすぎるとすぐに水素を燃焼できなくなります。したがって、最も寿命の長い星の平均寿命でさえ、大幅に短縮されます。恒星の最大寿命が 10 億年を下回るとすぐに、生命の発達が脅かされます。弱い相互作用の実際の値は、強い相互作用の何百万分の 1 です。これは、太陽が地球上の生命の進化に必要な水素をゆっくりと自然に燃焼させるためです。

次に、生命に必要な最小の天体物理学的オブジェクトである惑星について考えてみましょう。惑星の形成には、宇宙が重元素を生成する必要があり、その結果、すでに上で説明したのと同じ核制約が必要になります。さらに、惑星が存在するためには、固体が凝縮するのに十分なほど宇宙の背景温度が低くなければなりません。私たちの宇宙が現在の 6 分の 1 にすぎず、したがって 1,000 倍熱くなった場合、星間塵の粒子は蒸発し、岩石惑星を形成するための原材料はまったくなくなります。この熱い仮想宇宙では、巨大惑星の形成さえも極度に抑制されるだろう。幸いなことに、私たちの宇宙は惑星の形成を可能にするほど十分に低温です。

もう1つの考慮事項は、太陽系が形成された直後の長期的な安定性です。私たちの現代の銀河では、星の密度が非常に低いため、相互作用と星の遭遇の両方がまれであり、弱いです. 私たちの銀河系に同じ数の星が含まれていて、100 分の 1 の小ささだった場合、星の密度が高くなると、他の星が太陽系に侵入する可能性がかなり高くなり、惑星の軌道が破壊されます。このような宇宙衝突は、地球の軌道を変化させ、私たちの惑星を居住不可能にするか、地球を太陽系から完全に追い出す可能性があります. いずれにせよ、そのような大変動は人生の終わりを意味します。幸いなことに、私たちの銀河系では、コースを変更する衝突から太陽系が生き残る推定時間は、生命が発達するのに必要な時間をはるかに超えています。

銀河、星、惑星を含む長寿命の宇宙には、主力の値を決定するかなり特別な基本定数のセットが必要であることがわかります。したがって、この必要な微調整により、次のような基本的な疑問が生じます。 なぜ私たちの宇宙は、最終的に生命を生み出すこれらの特定の特性を持っているのでしょうか?物理法則がまさに私たちの存在を可能にしているという事実は、本当に驚くべき偶然です。あたかも宇宙が私たちの差し迫った出現をどういうわけか知っていたかのようです. もちろん、条件が違っていたら、私たちはここにいないでしょうし、この問題について考える人もいないでしょう。しかし、「なぜ？」という質問。これは消えません。

それを理解する どうして物理法則はそのままに、現代科学の発展の境界に私たちを導きます。予備的な説明はすでに提出されていますが、問題は未解決のままです。 20 世紀以来、科学は、何は私たちの物理法則であり、21 世紀の科学が何を理解できるかを期待できます。 どうして物理法則はまさにそのようなものです。すぐにわかるように、この方向へのいくつかのヒントはすでに現れ始めています。

永遠の複雑さ

この一見偶然の一致 (宇宙には生命の起源と進化を可能にする特別な特性が正確に備わっている) は、私たちの宇宙 (私たちがつながっている時空の領域) が無数の他の宇宙の 1 つにすぎないことを受け入れると、それほど奇跡的ではないように思えます。宇宙。つまり、私たちの宇宙はほんの一部です マルチバース- 宇宙の巨大な集合体で、それぞれに独自の物理法則があります。この場合、宇宙の全体は、物理法則の多数の可能なバリエーションをすべて実装します。しかし、生命は、正しいバージョンの物理法則を持つ特定の宇宙でのみ発達します。すると、たまたま私たちが生命に必要な性質を備えた宇宙に住んでいたという事実が明らかになります。

私たちの宇宙の「他の宇宙」と「他の部分」の違いを明確にしましょう。時空の大規模なジオメトリは非常に複雑になる可能性があります。現在、私たちは、直径が約 200 億光年の均一な宇宙に住んでいます。この領域は、特定の時間に私たちに因果関係をもたらす可能性のある空間の一部を表しています。宇宙が未来に向かって進むにつれて、私たちに影響を与えることができる時空の領域が増加します。この意味で、私たちが年をとるにつれて、私たちの宇宙はより多くの時空を含むようになります. ただし、時空の他の領域が存在する可能性があります。 一度もないどれだけ待っても、宇宙がどれほど古くなっても、宇宙の私たちの部分と因果関係にはなりません。これらの他の領域は、私たちの宇宙で起こる物理的な出来事とはまったく無関係に成長し、進化します. そのような地域は他の宇宙に属しています。

他の宇宙の可能性を認めると、私たちの宇宙に存在する一連の偶然がより楽しく見えます。しかし、他の宇宙が存在するというこの概念は本当に意味があるのでしょうか? たとえば、ビッグバン理論内に複数の宇宙を自然に収容することは可能ですか、または少なくともその合理的な拡張は可能ですか? 驚くべきことに、答えはイエスです。

現在スタンフォード大学にいる著名なロシアの宇宙学者であるアンドレイ・リンデは、 永遠のインフレ. 大まかに言えば、この理論的な考えは、多元宇宙のどこかに位置する時空の領域が、常に膨張のインフレ段階を経験していることを意味します。このシナリオによると、時空の泡は、インフレーションのメカニズムを通じて、新しい宇宙を継続的に作成します (第 1 章で既に説明したように)。これらのインフレ拡大領域のいくつかは、時空の私たち自身のローカルスライスのような興味深い宇宙に進化します. それらには、銀河、星、惑星の形成を支配する物理法則があります。これらの領域のいくつかは、知的生命を発達させることさえあります。

このアイデアには、物理的な意味と重要な本質的な魅力の両方があります。私たちの宇宙、時空の私たち自身のローカル領域がゆっくりと痛みを伴う死を迎える運命にあるとしても、周りには常に他の宇宙が存在します. 常に何か他のものがあります。多元宇宙がより大きな視点から見られ、宇宙の集合体全体を包含する場合、それは真に永遠であると見なすことができます.

宇宙進化のこの図は、20 世紀の宇宙論で生じた最も厄介な問題の 1 つをきちんと回避しています。 宇宙がちょうど100億年前にビッグバンで始まったとしたら、そのビッグバンの前に何が起こったのですか?「まだ何もなかったときはどうだったのか」というこの難しい問題は、科学と哲学の間、物理学と形而上学の間の境界として機能します。宇宙がわずか 10 -43 秒だった時代までさかのぼって物理法則を推定することはできますが、この点に近づくにつれて、知識の不確実性が増し、以前の時代は一般に現代の科学的方法ではアクセスできなくなります。しかし、科学は立ち止まっているわけではなく、この分野ではすでにいくつかの進歩が見られ始めています。多元宇宙と永遠のインフレーションの概念によって提供されるより広い文脈の中で、私たちは確かに答えを定式化することができます.ビッグバンの前に、高エネルギー時空の泡状の領域がありました. 約100億年前のこの宇宙の泡から、私たち自身の宇宙が生まれ、今日も進化を続けています. 同様に、他の宇宙も絶えず生まれており、このプロセスは無期限に続く可能性があります。確かに、この答えはまだ少し不明確であり、おそらくいくらか満足のいくものではありません。それにもかかわらず、物理学はすでに、少なくともこの長年の疑問に取り組み始めることができるところまで来ています。

多元宇宙の概念により、次のレベルのコペルニクス革命が実現します。私たちの惑星が私たちの太陽系で特別な場所を持たず、私たちの太陽系が宇宙で特別な地位を持っていないのと同じように、私たちの宇宙は、多元宇宙を構成する宇宙の巨大な宇宙の混合物で特別な場所を持っていません.

ダーウィンの宇宙観

私たちの宇宙の時空間は、年をとるにつれてますます複雑になります。ビッグバンの直後、私たちの宇宙は非常に滑らかで均一でした。このような初期条件は、宇宙が現在の形に進化するために必要でした。しかし、宇宙が進化するにつれて、銀河と恒星のプロセスの結果として、ブラックホールが形成され、内部特異点で時空を貫通します。したがって、ブラックホールは、時空の穴と考えられるものを作成します。原則として、これらの特異点は他の宇宙へのリンクを提供することもできます。また、ブラックホールの特異点で新しい宇宙が生まれることもあるかもしれません。これは、第 5 章で説明した子宇宙です。この場合、私たちの宇宙は、ブラックホールを介して私たちの宇宙に接続された新しい宇宙を生み出すことができます.

この推論の連鎖を論理的な最後までたどると、多元宇宙における宇宙の進化の非常に興味深いシナリオが生まれます。宇宙が新しい宇宙を生み出すことができるなら、遺伝、突然変異、さらには自然淘汰の概念が物理理論に現れるかもしれません。この進化の概念は、一般相対性理論と場の量子論の専門家である物理学者のリー・スモリンによって擁護されました。

前の章で説明した新しい宇宙の誕生の場合と同様に、ブラックホール内の特異点が別の宇宙を生み出すことができるとします。それらが進化するにつれて、これらの他の宇宙は通常、私たち自身の宇宙との因果関係を失います. しかし、これらの新しい宇宙は、ブラックホールの中心にある特異点を通じて、私たちの宇宙とつながったままです。 - これらの新しい宇宙の物理法則は、私たちの宇宙の物理法則と似ていますが、絶対的ではないと仮定してください。実際には、このステートメントは、物理定数、基本的な力の大きさ、および粒子の質量が類似しているが同等ではない値を持っていることを意味します。言い換えれば、新しい宇宙は親宇宙から一連の物理法則を継承しますが、これらの法則はわずかに異なる場合があります。これは、地球の動植物の再生中の遺伝子変異と非常によく似ています。この宇宙論的設定では、新しい宇宙の成長と挙動は元の親宇宙の進化に似ていますが、正確ではありません. したがって、宇宙の遺伝のこの図は、生物学的形態の生命の図と完全に類似しています。

遺伝と突然変異により、この宇宙の生態系は、ダーウィンの進化スキームのエキサイティングな可能性を獲得します。宇宙論的ダーウィンの観点からは、「成功した」宇宙とは、多数のブラックホールを作成する宇宙です。ブラックホールは星と銀河の形成と消滅によって作られるため、これらの成功した宇宙には多数の星と銀河が含まれている必要があります。さらに、ブラックホールの形成には多くの時間がかかります。私たちの宇宙の銀河は、10 億年のオーダーで形成されます。大質量の星は、数百万年という短い時間間隔で生きて死ぬ。多数の星や銀河の形成を可能にするために、成功した宇宙は物理定数の正しい値を持つだけでなく、比較的長寿命でなければなりません。星や銀河があり、寿命が長いため、宇宙は生命の進化を許す可能性があります。言い換えれば、成功した宇宙は自動的に生物学的生命体の出現に適した特性をほぼ備えているということです。

全体としての宇宙の複雑なセットの進化は、地球上の生物学的進化に似ています。成功した宇宙は、多数のブラックホールを作成し、多数の新しい宇宙を生み出します。これらの天文学的な「子供」は、母なる宇宙からさまざまな種類の物理法則をわずかな変更で継承します。さらに多くのブラックホールの形成につながる突然変異は、より多くの「子供」の生産につながります. この宇宙の生態系が進化するにつれて、宇宙は最も頻繁に遭遇し、信じられないほどの数のブラックホール、星、銀河を形成します. これらの同じ宇宙は、生命の起源の可能性が最も高い. 私たちの宇宙は、何らかの理由で、長生きし、多くの星や銀河を形成することを可能にする特性を正確に持っています。この広大なダーウィンのスキームによれば、私たち自身の宇宙は成功しています. この拡大された視点から見ると、私たちの宇宙は珍しいものでも微調整されたものでもありません。それはどちらかというと普通の、したがって期待される宇宙です。進化のこの図は依然として推測的で物議をかもしていますが、私たちの宇宙が私たちが観察する特性を持っている理由について、エレガントで説得力のある説明を提供します.

時間の境界を押し広げる

あなたの前にある宇宙の伝記では、宇宙の進化をそのきらめく特異な始まりから、現代の暖かくて見慣れた空、奇妙な凍った砂漠、そして永遠の暗闇の中での最終的な破壊までたどってきました。暗い深淵をさらに深く覗き込もうとすると、予測能力が大幅に低下します。したがって、時空を通過する私たちの仮想旅行は、将来のある時点で終了するか、少なくとも恐ろしく不完全になる必要があります。この本では、数百年にわたる宇宙論的な数十年にわたる時間スケールを構築しました。間違いなく、一部の読者には、私たちが自信を持って話を進めすぎたと思われるかもしれません。

ひとつ確かなことは。未来の闇に向かう途上で、宇宙は、密接に絡み合った儚さと不変性の素晴らしい組み合わせを示しています。そして、宇宙自体は時の試練に耐えますが、未来には現在とほとんど似ていないものはほとんど残っていません. 進化し続ける宇宙の最も永続的な特徴は、変化です。そして、この進行中の変化の普遍的なプロセスには、拡張された宇宙論的視点、つまり、私たちが最大のスケールを見る方法を完全に変える必要があります. 宇宙は絶えず変化しているため、現在の宇宙時代、現在の年、さらには今日を理解しようとする必要があります。宇宙の歴史の展開のあらゆる瞬間は、ユニークな機会、偉大さを達成する機会、経験する冒険を提供します. コペルニクスの時間原理によれば、未来の各時代には新しい機会があふれています。

しかし、出来事の必然性について受動的に主張し、「悲しむことなく、起こるべきことを起こしてください」とするだけでは十分ではありません。ハクスリーに帰せられることが多い一節は、「6 匹のサルがタイプライターの後ろに置かれ、何百万年もの間好きなようにタイプすることを許可されている場合、やがて大英博物館にあるすべての本を書くことになるだろう」と述べています。これらの架空の猿は、ありそうもない出来事の確認として、あるいは人間の手の偉大な業績の暗黙の控えめな表現としてさえ、あいまいで支持できない考えが議論されるときはいつでも例として長い間引用されてきました。多くの失敗の中で。結局のところ、何かが起こる可能性がある場合、それは必ず起こりますよね?

しかし、まだ始まったばかりの宇宙の未来についての私たちの理解でさえ、この見方のまったくの不条理を明らかにしています。簡単な計算によると、無作為に選ばれたサルがたった 1 本の本を無作為に作成するのに、50 万年近くの宇宙論的 10 年 (宇宙の陽子の数よりもはるかに長い年数) かかることが示唆されています。

宇宙はその性質を完全に変える運命にあり、これらの同じサルが割り当てられたタスクを完了し始める前に、一度ならず. 100 年も経たないうちに、これらのサルは老衰で死亡します。 50億年後、赤色巨星になった太陽は地球を焼き尽くし、タイプライターも焼き尽くすだろう。 14 宇宙論の 10 年間で、宇宙のすべての星が燃え尽き、サルはタイプライターのキーを見ることができなくなります。 20 番目の宇宙論的 10 年までに、銀河は完全性を失い、サルは銀河の中心にあるブラックホールに飲み込まれる可能性が非常に高くなります。そして類人猿と彼らの仕事を構成する陽子でさえ、40 年の宇宙論的数十年が終わる前に崩壊する運命にある。しかし、サルがこの大惨事を生き延び、ブラックホールが放つかすかな輝きの中で研究を続けることができたとしても、最後のブラックホールが爆発で宇宙を去る100年目の宇宙論の10年には、彼らの努力は無駄になるでしょう。しかし、仮にサルがこの大惨事を生き延びて、例えば、宇宙論の 150 年の 10 年まで生きていたとしても、宇宙相転移の究極の危険に直面する機会しか得られなかったでしょう。

そして、猿の150番目の宇宙論的10年までに、タイプライターと印刷されたシートは何度も破壊されますが、もちろん、時間自体は終わりません。未来の暗がりをじっと見つめていると、私たちは想像力の欠如やおそらく物理的な理解の不足によって、本当に小さな詳細のセットよりも制限を受けます. 宇宙を待っているより低いエネルギーレベルと活動のないように見えることは、それが持っている時間の増加によって相殺される以上のものです. 不確実な未来を楽観的に見ることができます。そして、私たちの居心地の良い世界は消滅する運命にありますが、私たちの宇宙が永遠の闇への道を歩み続けるにつれて、非常に多くの最も興味深い物理的、天文学的、生物学的、そしておそらく知的な出来事がまだ翼の中で待っています.

時空カプセル

この宇宙の伝記の中で何度か、私たちは他の宇宙に信号を送る可能性に遭遇しました。たとえば、ラボでユニバースを作成できれば、自分のユニバースとの因果関係が失われる前に、暗号化された信号を宇宙に送信できます。でも、そのようなメッセージを送ることができるとしたら、何を書きますか?

おそらく、私たちの文明の本質である芸術、文学、科学を保存したいと思うでしょう。すべての読者は、この方法で私たちの文化のどの部分を保存する必要があるかについて、ある程度の考えを持っているでしょう. 誰もがこの問題について独自の意見を持っていますが、私たちの文化の一部をアーカイブするための少なくともいくつかの提案をしなければ、私たちは非常に不誠実に行動するでしょう. 例として、カプセル化された科学、より具体的には物理学と天文学を提供します。最も重要なメッセージには、次のものがあります。

物質は原子で構成されており、原子はさらに小さな粒子で構成されています。

近距離では、粒子は波の性質を示します。

自然は 4 つの基本的な力によって支配されています。

宇宙は進化する時空で構成されています。

私たちの宇宙には、惑星、星、銀河が含まれています。

物理システムは、より低いエネルギーと増大する無秩序の状態へと進化します。

これらの 6 つのポイントは、その普遍的な役割が今では明らかになっているはずであり、物理科学における私たちの成果の宝物と見なすことができます。これらはおそらく、私たちの文明がこれまでに発見した最も重要な物理的概念です。しかし、これらの概念が宝物である場合、科学的方法は間違いなく最高の成果と見なされなければなりません. 科学的な方法があれば、十分な時間と労力があれば、これらすべての結果は自動的に得られます。私たちの文化の知的成果を表す 1 つの概念だけを別の宇宙に送信することができれば、最も価値のあるメッセージは科学的方法になります。

すべての物質の引力が組み合わさると、最終的には宇宙の膨張が止まり、収縮します。エントロピーの増加により、収縮パターンは時間反転膨張パターンとは大きく異なります。初期の宇宙は非常に均一でしたが、収縮する宇宙は別々の孤立したグループに分かれます。最終的に、すべての物質がブラックホールに崩壊し、それが合体して、結果として 1 つのブラックホール、ビッグクランチシンギュラリティが作成されます。

最近の実験的証拠 (つまり、標準的な光度の天体としての遠方超新星の観測 (詳細については、天文学における距離スケールを参照)、および宇宙マイクロ波背景放射の注意深い研究) は、宇宙の膨張という結論につながります。重力によって減速されるのではなく、逆に加速されます。ただし、暗黒エネルギーの未知の性質により、いつか加速度が符号を変えて圧縮を引き起こす可能性は依然としてあります.

こちらもご覧ください

大きなバウンス
振動する宇宙

ノート

ウィキメディア財団。 2010 .

大列車強盗
ビッグアイランド

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終末論- (ギリシャ語 ἔσχατον "最終", "最後" + λόγος "単語", "知識" から) 世界の終わり、償還と来世、宇宙の運命とその移行についての宗教的見解と考えの体系質的に新しい状態に。また...ウィキペディア

大きなギャップ- ビッグリップ仮説による銀河の破壊。ビッグリップは、宇宙の運命に関する宇宙論的仮説であり、有限時間内にすべての物質が崩壊 (破裂) することを予測しています。この仮説の妥当性は強力です... ... Wikipedia

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