休眠者文明がより冷たい宇宙を待つかもしれない理由

1ビットの情報を消去するのに必要な最小エネルギーは温度に比例し、寒いほど安くなる。2017年、アンダース・サンドバーグ、スチュアート・アームストロング、ミラン・チルコヴィッチはこれをもとに「夏眠仮説」を提案した。エネルギーをきわめて寒い遠い未来のために取っておく文明は、約10³⁰倍の計算ができるかもしれない。私たちがエイリアンを見ないのは、彼らが眠っているからだ、というわけだ。ゲームの「休眠者」チャンネルは、この仮説を物語にしたものだ。

このページでは、まず仮説の背景にある物理を、次に反論を取り上げ、ゲームのシナリオの概略と関連する本物の研究を挙げる。この仮説には異論がある。受け入れられた結論ではない。

温度と計算

• 2.7 K：宇宙マイクロ波背景放射は、現在約2.725 K。ダークエネルギーが支配する未来では、宇宙の大きさはおよそ120億年ごとに2倍になり、背景放射の温度もそれに合わせて半分になる。
• ランダウアーの原理：1961年、ロルフ・ランダウアーは、1ビットの消去には少なくともkT·ln2の熱を放出しなければならないことを示した。つまり、温度が低いほど安い。2012年の実験では、レーザーで小さなガラス玉を捕まえ、この限界を初めて測定した。
• ブーメラン星雲：知られている自然界でもっとも寒い場所は、約1 Kのブーメラン星雲で、宇宙背景放射よりも冷たい。死にゆく星が吹き出したガスが急速に膨張し、自らを冷やしたのだ。
• 温度の下限：宇宙は永遠に冷え続けるわけではない。加速膨張する宇宙には地平線があり、地平線自体にも約10⁻³⁰ Kの温度がある。1977年にギボンズとホーキングが計算した。

なぜ「眠る」のか

「夏眠」とは、もともと夏の休眠を指す。アフリカのハイギョは、乾季に泥の中に潜り、粘液で体を包み、代謝をごく低く落とす。雨が戻るまで、数年眠り続けることもある。この仮説は、その言葉を借りている。

宇宙が冷えるのを待つには、まず資源を手放さないことが必要だ。恒星が水素をヘリウムに核融合するとき、エネルギーに変わる質量は約0.7%だけで、そのほとんどは星の光として宇宙空間に散ってしまう。これが貯め込む動機になる。太陽1個分の質量のブラックホールのホーキング温度はわずか約6×10⁻⁸ Kで、今日の宇宙背景放射よりずっと冷たい。背景放射がそれより下がるまでは蒸発せず、むしろ背景放射をゆっくり吸収するので、倉庫として使えるかもしれない。

眠るといっても、計算が完全に止まるわけではない。情報を消去しない限り、計算は原理的にほとんどエネルギーを使わずに行える。これを可逆計算と呼び、1973年にチャールズ・ベネットが証明した。

反論：待つ必要はない

2019年、チャールズ・ベネット、ロビン・ハンソン、キャメロン・リーデルが反論した。宇宙には、平衡から遠い「低温の熱だめ」が満ちていて、エントロピーをいますぐ捨てられるので、宇宙が冷えるのを待つ必要はない。待つ価値が出るのは、文明がすべての物質を使い果たしたあとだけだ。

ゲームでの考え方

ここから先はゲーム設定。このチャンネルは、黒い雲チャンネルで「彼らはどこにいる？」と尋ねるか、超越の樹で「縮退時代」を解放すると見つかる。シナリオでは、観測者が局所銀河群の外縁で、異様に冷たく、異様に整った構造を見つける。大量の物質が一か所に集められている。ほとんど光らず、熱も出さない。眠っているのだ。

ゲームの仕組みは、宇宙が冷えるのを待つこと。このチャンネルは宇宙時計で動き、現実の2時間ごとに背景放射の温度が半分になる（実際の宇宙ではおよそ120億年）。眠っている間、彼らはエネルギーを貯めるだけ。起こすと、貯めたエネルギーがそのときの温度で「ビット」に変換され、起きている間もその温度で考え続ける。起こすのが遅いほど、得られるものは多い。より冷たい宇宙を使いたければ、そのまま眠らせておく。シナリオには夜番もいる。数人が起きたまま、ほかの者のために宇宙を見守っているのだ。このチャンネルには2つのエンディングがある。もっとも冷たい瞬間に目覚めるか、休眠者の一部が早く起きて主文明といっしょに考えるか。すべてフィクションだ。

関連する2つの小説

• 最後の質問（アイザック・アシモフ、1956年）：熱力学第二法則には例外が知られておらず、宇宙の熱的死は主流の予測の一つだ。物語では、人々が何世代にもわたって、ますます強力になるコンピューターに、エントロピーの増大は逆転できるかと問い続ける。そのたびに「意味のある答えを出すにはデータが不足しています」と返され、宇宙の最後の瞬間まで続く。
• ブラック・クラウド（フレッド・ホイル、1957年）：ホイルは本物の天体物理学者だった。星間雲には実際に複雑な有機分子が含まれており、いて座B2などでいくつも見つかっている。

関連する本物の研究

以下の研究は、宇宙の膨張、背景放射の温度、ブラックホールの蒸発、遠い未来に関するもの。関連する本物の科学であり、文明が眠っていることの証拠ではない。

• 遠方の超新星から、宇宙の膨張が加速していることが明らかになり、ダークエネルギーが物理学に登場した。この業績は2011年のノーベル賞を受賞した（Riess ら、The Astronomical Journal、1998年）。
• 別のチームも独立に同じ結論に達した（Perlmutter ら、The Astrophysical Journal、1999年）。
• アンテナから取り除けなかったノイズが、ビッグバンの名残の光だと分かり、1978年のノーベル賞を受賞した（Penzias と Wilson、The Astrophysical Journal、1965年）。
• 量子効果によってブラックホールはエネルギーをゆっくり放射し、いずれ蒸発する（Hawking、Nature、1974年）。
• 数兆年、さらにその先にわたる宇宙の運命の計算：星は消え、陽子は崩壊するかもしれず、ブラックホールは最後に蒸発する（Adams と Laughlin、Reviews of Modern Physics、1997年）。
• 通常の物質は宇宙の全エネルギーの約5%、ダークマターは約27%で、残りはダークエネルギーだ（Planck Collaboration、Astronomy & Astrophysics、2020年）。