宇宙の終わりはどうなる？熱的死・ビッグリップ・陽子崩壊

宇宙の終わりはどうなるのか。いま観測が最も支持しているのは「ビッグフリーズ」、いわゆる熱的死だ。宇宙は膨張を続け、恒星は燃え尽き、ブラックホールは蒸発し、最後には絶対零度に近い極めて薄い粒子だけが残る。理由は、ダークエネルギーが今のところ一定に見え、膨張が加速していて止まる気配がないからだ。ビッグリップ、ビッグクランチ、真空崩壊は、どれも現時点で証拠のない前提が一つ余分に必要になる。陽子崩壊はビッグフリーズの中の「かもしれない」で、まだ確かめられていない大統一理論にかかっている。

以下、それぞれに必要な条件、おおよその時間、現在の証拠を順に見ていく。

5つの結末の比較

ビッグフリーズ：最も可能性が高い結末

1998年にRiessらが、1999年にPerlmutterらが、遠方の超新星を使って宇宙の膨張が加速していることを示した。ダークエネルギーはここから物理学に登場し、この業績は2011年のノーベル賞を受けた。プランク衛星の2018年の結果では、宇宙の年齢は約138億年で、通常の物質は全エネルギーの約5％、暗黒物質が約27％、残りがダークエネルギーだ。

ダークエネルギーが一定なら、宇宙は永遠に膨張する。AdamsとLaughlinは1997年に『Reviews of Modern Physics』でこの道筋を計算した。

1. 恒星の誕生は約10¹⁴年まで続き、その後ガスが尽きて最後の赤色矮星が消える。
2. 白色矮星、中性子星、ブラックホールが残り、銀河は少しずつ散らばる。
3. ブラックホールは、ホーキングが1974年に『Nature』で示した量子効果でゆっくりエネルギーを放射する。恒星質量のものは約10⁶⁷年、最大級の超大質量ブラックホールは約10¹⁰⁰年かけて蒸発する。
4. その後は、極めて薄い光子・ニュートリノ・電子だけが絶対零度に向かって冷えていき、仕事に使えるエネルギーの差がなくなる。これが熱的死だ。

この筋書きに新しい物理は要らず、今のモデルが成り立ち続ければよい。標準的な答えとされる理由はそこにある。

ビッグリップ：ダークエネルギーが強まり続ける場合

Caldwell、Kamionkowski、Weinbergは2003年の『Physical Review Letters』で、ダークエネルギーの状態方程式 w が -1 より小さい場合（ファントムエネルギーと呼んだ）、その密度が時間とともに増えると提案した。膨張は加速し続け、まず銀河団、次に銀河、恒星、惑星、最後に原子まで引き裂かれる。彼らの例ではwの値しだいで数百億年規模になる。

現在の測定は w＝-1 と矛盾せず、-1 より小さいと確認した人はいない。ビッグリップは、きちんと計算されているが証拠のない選択肢だ。

ビッグクランチ：宇宙が収縮する

ビッグクランチにはダークエネルギーが負になる必要がある。すると膨張は止まって反転し、銀河は近づき、宇宙マイクロ波背景放射は再び熱くなり、すべてが一点に向かって落ちていく。

5つの中で、最近の観測に最も直接つながっているのがこれだ。DESIの2025年のデータは、ダークエネルギーが時間とともに弱まる方を2.8〜4.2シグマで支持するが、発見と呼ぶには5シグマが要る。弱まっていても、負になるとも、宇宙が必ず収縮するとも限らない。詳しくは巻き戻し：宇宙は収縮するのかを参照。

真空崩壊：真空そのものが崩れる

私たちの真空は、最も安定な状態ではないかもしれない。現在の測定（ヒッグス粒子は2012年にATLASなどが約125 GeVで発見）では準安定の可能性があり、期待寿命は約10¹³⁹年だ。理論は1977年のColemanと1980年のColemanとDe Luciaによるもので、より安定な真空の泡ができれば、ほぼ光速で広がり、中の物理法則を書き換える。

この数字は現在の宇宙の年齢よりはるかに長く、私たちには実質関係がない。高エネルギー実験が引き金になるかという疑問もあるが、宇宙線のエネルギーは何十億年も前からどの加速器よりも大きく、宇宙は今も無事だ。詳しくは真空崩壊：宇宙の真空は崩れるのかへ。

陽子崩壊：ビッグフリーズの中の「かもしれない」

陽子は死ぬのか。スーパーカミオカンデは巨大な水槽を何十年も見張ってきたが、陽子崩壊を一度も見ておらず、陽子の寿命は10³⁴年より長いとされる。一部の大統一理論は崩壊を予言するが、確認された理論はない。

陽子が崩壊するなら、ブラックホールの蒸発を待たずに白色矮星や中性子星の物質も消えていくので、ビッグフリーズの様子が変わる。崩壊しなければ、そのまま残る。陽子崩壊は独立した結末ではなく、ビッグフリーズの中の可能性だ。詳しくは陽子崩壊：陽子は死ぬのか。

暗黒物質との関係は？

暗黒物質は宇宙の物質の8割以上を占め、銀河は暗黒物質ハローの中で生まれた。物質の集まり方を決めるが、最終的な運命を変えるという証拠はなく、フリーズ、リップ、クランチはおもにダークエネルギーで決まる。暗黒物質の正体は不明のままだ。暗黒物質の正体を参照。

Cosmos Era ではどう遊ぶか

Cosmos Eraは、宇宙誕生の最初の瞬間（原初の宇宙の時代を参照）から宇宙の終わりまでを遊ぶハードSFの放置ゲームで、結末は16種類ある。上の結末の多くがゲームに登場する。

• 「巻き戻し」：ビッグクランチのノードを点灯し、ダークエネルギーが負になって宇宙が収縮する。
• 「真空崩壊」：「真空を起爆する」ノードを点灯する。プレイヤーが起爆するのはフィクションで、現実の真空の泡を人が起こすことはできない。
• 「陽子崩壊」：宇宙の終点に留まり、最後の陽子が崩壊するのを見届ける。この結末は現実で24時間待つ必要があるが、これはゲームの設計で、物理の要請ではない。
• 「赤ちゃん宇宙」：実験室で新しい宇宙を作る。FarhiとGuthが1987年に条件を検討したが、実際に作るのはフィクション。赤ちゃん宇宙を参照。

ゲーム内の結末の効果はゲームの設定で、科学的な結論ではない。解放の方法は結末ガイドで、もしくはさっそく遊ぶ。

FAQ

宇宙の終わりはどうなりますか？

データが最も支持するのはビッグフリーズ（熱的死）です。膨張が続き、恒星が消え、ブラックホールが蒸発し、温度は絶対零度に近づきます。ダークエネルギーがほぼ一定という前提で、DESIなどが検証を続けています。

ビッグフリーズ、ビッグリップ、ビッグクランチの違いは？

3つともダークエネルギー次第です。ほぼ一定ならフリーズ、強まるならリップ、負になるならクランチ。だからダークエネルギーの変化の測定が重要です。

陽子は崩壊しますか？それで宇宙は終わりますか？

陽子崩壊は一度も観測されておらず、寿命は10³⁴年より長いです。崩壊するとしても、ビッグフリーズの中で物質がより完全に消えるだけで、それ単独で宇宙を終わらせるわけではありません。

真空崩壊は明日起きますか？

そう考える根拠はありません。期待寿命は約10¹³⁹年で、現在の宇宙の年齢よりはるかに長いです。泡はほぼ光速で広がるため、到達前に知ることもできません。

ビッグクランチは新しい宇宙へのバウンスと同じですか？

違います。ビッグクランチは膨張が収縮に反転することだけを指します。その後に跳ね返るかどうかは推測で、観測の裏づけはありません。