拡張者拡大する文明は宇宙で出会うか?
文明が拡大を続けたら、宇宙は埋まってしまう?このページでは、ハード・ステップ、拡大の最前線の速さ、地平線、強欲な異星人(グラビー・エイリアン)モデルを扱う。
もし永遠に拡大する文明がいるなら、なぜ私たちはまだ見ていないのか。2021年のロビン・ハンソンらのモデルは、変わった答えを出す。私たちがこれほど「早い」時期に現れたのは、拡大する文明が宇宙をすぐに埋め尽くし、遅れてきた者に残される時間がほとんどないからだ、というものだ。ゲームの「拡張者」チャンネルは、このモデルを一枚の絵にした。光速の80%で進む前線が、天の川銀河へ向かってくる。
このページでは、まずモデルが実際に何を言っているかを取り上げ、次に前線が「光より速く」見えうる理由、警告時間の計算、宇宙の膨張が文明をどう隔離するかを説明する。最後にゲームのシナリオの概略を述べる。念のため言っておくと、このモデルは仮説であり、拡大する文明が観測されたことは一度もない。
なぜ私たちは「早すぎる」のか
- 早く着いた：宇宙はまだ138億歳だが、小さな赤色矮星は何兆年も安定して輝ける。生命がどの時代にも現れうるなら、私たちは驚くほど早く現れたことになる。ハンソンらはこう説明する。拡大する文明は、そう遠くない未来に宇宙を埋め尽くすからだ。
- 困難なステップ：地球の生命史には、きわめて起こりにくいステップがいくつかある。生命の起源、真核細胞、有性生殖、多細胞動物、知性。それぞれ、運に恵まれるまで長く待たなければならないかもしれない。モデルでは約6ステップを使う。
- 静かな文明：同じモデルは、拡大しない「静かな文明」が非常にまれであることも意味する。天の川銀河に1つでも存在するには、静かな文明が拡大する文明に変わる確率が、1万分の1未満でなければならない。
モデルが描く宇宙
- 宇宙の半分が取られている：拡大する文明は、すでに宇宙の体積の40%から50%を占めているかもしれず、それぞれが最終的に約10万から3000万の銀河を支配する。私たちが出会うのは、約2億年から20億年後になる。
- 二つのシャボン玉：モデルは、拡張者が別の拡張者に出会うと止まると仮定する。2つのシャボン玉が押し合い、その間に、ほとんど動かない境界が残る。
- 空に架かる弧：拡大する文明の縁が空で目立たなければ、非常に長い円弧がたくさん見つかるかもしれない。
- 星の光の収穫：銀河を支配する文明は約10³⁷ワットを使え、これはカルダシェフのタイプIIIの文明にあたる。星の光を集めて廃熱を放出すれば、銀河は可視光では暗くなり、赤外線では明るくなる。
前線の速さと、警告の短さ
拡大が遅いほど、到着前に見つけやすい。拡大する文明がひとつも見えていないということは、前線が速く、光速の大きな割合で動いていることを示唆する。
光速に近い速さでこちらへ進んでくるものは、光より速く見えることがある。自分の光とほぼ同時に到着するからだ。ハッブル望遠鏡は、M87銀河のジェットの中に、光速の約6倍に見える動きを測定した。だから警告時間はきわめて短い。前線の光が前線本体より早く届くのは、「距離×（光速と前線の速さの比−1）」年だけだ。光速の80%なら、道のりの最後の4分の1を進んだときに、ようやく見える。
宇宙の膨張が文明を隔離する
宇宙は加速しながら膨張している。いま約165億光年より遠くから送られた信号は、私たちには決して届かない。拡張者が広く散らばるほど、別々の宇宙の住人に近くなっていく。自分の前線については、光速の99%で進む船では、船内で1年が過ぎる間に外では約7年が過ぎる。だから船が速いほど、相手の前線が来る前に、より多くの銀河を押さえられる。
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、超越の樹で「地平線の測量」を解放するか、主文明が「銀河植民」を完了すると見つかる。シナリオでは、地平線測量のデータに、既知のどの構造にも属さない非常に長い円弧が含まれている。その弧の向こうでは、銀河が可視光で暗くなり、赤外線で明るくなる。誰かが星の光を集めているのだ。彼らの前線は光速の80%で、天の川銀河に向かって進んでおり、距離は約18億光年だ。
仕組みは宇宙時計を使う。主文明が星間文明の本編イベントを一つ完了するたびに、宇宙が一歩老い、前線が近づく。主文明が「カルダシェフ・タイプIII」の文明になると、前線は天の川銀河に達する。光速に近い速さで進むため、主文明にはごく短い時間前にしか見えない。このチャンネルの3つのエンディングは、保護区、合流、国境。すべてフィクションだ。
関連する小説
- シルトの梯子（グレッグ・イーガン、2002年）：真空崩壊は本物の物理だ（Coleman 1977、Coleman と De Luccia 1980）。本物の真空の泡は、光速に近い速さで膨張する。小説では、物理実験が偶然、新しい種類の真空を生み出す。それは光速の半分で外へ広がり、行く手のすべてを飲み込む。
関連する本物の研究
以下の研究は、宇宙の膨張、文明の分類、フェルミの問いに関するもの。関連する本物の科学であり、拡張者が存在する証拠ではない。
- 遠方の超新星を「標準光源」に使い、宇宙の膨張が加速していることが分かり、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。宇宙のあるエネルギーが加速膨張を駆動している（Perlmutter ら、The Astrophysical Journal、1999年）。
- 十分に進んだ文明は自分の恒星を覆うかもしれず、異常な赤外線放射からそうした文明を見つけられる（Dyson、Science、1960年）。
- 文明を、使えるエネルギーによって惑星型、恒星型、銀河型の3タイプに分類した（Kardashev、Soviet Astronomy、1964年）。
- 地球外文明がありふれているなら、とうの昔に天の川銀河全体に広がっているはずで、私たちが最初なのかもしれない（Hart、Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society、1975年）。
実際の根拠
空の弧：2021年、ハンソンらは予測した。拡張する文明の境界が空で目立たなくても、空をまたぐ非常に長い弧が多数見つかるかもしれない。
早すぎる到着：宇宙はまだ138億歳だが、小さな赤色矮星は何兆年も安定して輝ける。生命がどの時代にも現れうるなら、私たちは奇妙なほど早く現れたことになる。ハンソンらの説明はこうだ。拡張する文明は、そう遠くない未来に宇宙を満たし、遅れてきた者に残す時間はほとんどない。
難関ステップ：地球の歴史には、きわめてありえなさそうなステップがいくつかあった。生命の起源、真核細胞、有性生殖、多細胞動物、知性……それぞれが、運を待って長く待つことになるかもしれない。ハンソンらのモデルでは、約6ステップを使う。
前線の速度：拡張が遅いほど、到達する前に見つかりやすい。これまで拡張する文明は一つも見えていない。つまり彼らの前線は速く、光速のかなりの割合で動いていることになる。
超光速の錯覚：ほぼ光速で正面から迫るものは、光より速く見える。自分の光とほぼ同時に到着するからだ。ハッブル宇宙望遠鏡は、M87銀河のジェットに、光速の約6倍の見かけの運動を測った。
宇宙の半分は取られた：ハンソンらのモデルによれば、拡張する文明は、すでに宇宙の体積の40%から50%を占めているかもしれない。各文明は最終的に約10万から3000万の銀河を支配する。私たちが彼らに出会うのは、約2億年から20億年後だ。
警告時間：前線がD光年先にあり、速度vで進んでいるとき、その光は前線本体より D×(1/v−1) 年だけ早く届く。光速の80%なら、距離の最後の4分の1を進んだところで、やっと前線が見える。
静かな文明：同じモデルは、拡張しない「静かな文明」がきわめてまれだとも示す。銀河系に一つでも存在するには、静かな文明が拡張する文明に変わる確率が1万分の1より小さくなければならない。
星の光を収穫する：銀河を支配する文明は、約10³⁷ワットの電力を使える。これがカルダシェフIII型だ。星の光を集め、廃熱として放出すれば、銀河は可視光で暗くなり、赤外線で明るくなる。
二つのシャボン玉：ハンソンらのモデルでは、拡張者は別の拡張者に出会うと止まると仮定している。くっつけ合った二つの泡は、あいだにほとんど動かない境界を残す。
戻れない手紙：宇宙の膨張はどんどん加速している。私たちから約165億光年より遠くへは、今日送った信号は決して届かない。拡張者どうしが離れるほど、彼らは別々の宇宙に住むことになる。
あなたの前線：光速の99%では、船内で1年が過ぎるあいだに外では約7年が過ぎる。主文明の船が速いほど、前線が到着するまでに、より多くの銀河を確保できる。
『シルトの梯子』(グレッグ・イーガン、2002年)の科学:真空崩壊の理論は本物の物理(コールマン1977年、コールマンとデ・ルッチア1980年)。実際の真空の泡は、光速に近い速さで広がる。
関連する研究
これらの研究はこのトピックに関連しますが、このページの直接の証拠ではありません。
加速膨張：遠くの超新星を「標準光源」にして、宇宙の膨張が加速していることを見つけた。ダークエネルギーが登場し、この業績は2011年のノーベル賞を受けた。
出典：Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"
42個の超新星：別のチームも独立に同じ結論に達した。宇宙にはある種のエネルギーがあり、加速膨張を駆動している。
出典：Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"
ダイソン球：十分に進んだ文明は自分の恒星を包み込むかもしれず、異常な赤外線放射から見つけられるかもしれない。
出典：Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"
文明のスケール：文明を、使えるエネルギーに応じて、惑星・恒星・銀河の3つのタイプに分類する。
出典：Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"
彼らはどこにいる？：異星文明がありふれているなら、すでに銀河を満たしているはずだ。ここからハートは、私たちが最初の文明かもしれないと論じた。
出典：Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"
ゲーム設定（創作）
- ノード「空の弧」:地平線の地図のデータに、既知のどの構造にも属さない弧が1本ある。
- ノード「辺境の速さ」:測ってみると、光速の80%になる。
- ノード「超光速の錯覚」:光速の80%でこちらへ向かってくるものは、光速の4倍で動いているように見える。
- ノード「星の光の収穫」:彼らが通りすぎる銀河は、ちょうどこんなふうに見える。
- ノード「二つのシャボン玉」:自分たちと別の拡張者のあいだには、すでにそんな境界がある。
- ノード「あなたの辺境」:主文明も拡大を始めた。
- ノード「会合の前」:二つの辺境が出会うまで、まだ数億年ある。
- ノード「出会い」:二つの辺境が、天の川銀河の縁で出会う。
- チャンネルのエンディング「保護区」:辺境は天の川銀河の外で止まり、迂回した。拡張者の星図では、天の川銀河は保護区として印がついている。拡大しない文明は、そっとして観察する価値がある。これは「動物園仮説」の一つの形。
- チャンネルのエンディング「合流」:二つの辺境は合流し、地平線に向かって押し進み続ける。主文明の歴史は、より大きな文明の歴史の一章になる。
- チャンネルのエンディング「境界」:辺境は天の川銀河の縁で止まった。二つのシャボン玉のあいだの膜のように。境界の両側の星の光は、二度と触れられることがない。
- 小説『シルトの梯子』のあらすじ:物理実験が偶然、新しい種類の真空を作り出す。それは光速の半分の速さで外へ広がり、行く手のすべてをのみこむ。2万年後も、人々はそれに立ち向かう方法を探している。