真空崩壊宇宙の真空は崩れることがあるか?
私たちの真空は準安定かもしれないが、寿命はきわめて長い。宇宙紀元のエンディング「真空崩壊」の背景にある、コールマンからヒッグスまでの実際の物理。
私たちの足元にある「真空」は、最も安定した状態ではないかもしれません。現在の測定によると、私たちの真空は準安定かもしれず、予想される寿命は約 10¹³⁹ 年です。真空崩壊の理論は、1980年にシドニー・コールマンとフランク・デ・ルッチアが構築しました。その寿命は私たちとは無関係なほど長いものです。ゲームのエンディング「真空崩壊」では、プレイヤーが手動で「引き金を引く」ことができますが、これはフィクションです。
このページではまずエンディングの解放方法を説明し、次に真空崩壊が実際には何であるか、そして高エネルギー実験をめぐる興味深い議論を紹介します。そのあとヒッグス場と暗黒エネルギーに関する研究を挙げ、最後に関連する小説を3冊紹介します。
解放方法
- ヒント：私たちの真空は準安定にすぎないのかもしれません。
- 条件：「真空の起動」を解放し、宇宙の終わりを見届ける。
- 報酬：次の宇宙では別の物理法則が使われます。所有するジェネレーター10個ごとに産出が2倍になりますが、イベントのコストは ×4 になります。
このエンディングは物理カテゴリに属します。「真空の起動」ノードは、原子より小さな新しい真空の泡が、ほぼ光速で広がっていく様子を描きます。到達する前には、その姿を見ることはできません。
実際のところ
- 準安定な真空：現在の測定によると、私たちの真空は準安定かもしれず、予想される寿命は約 10¹³⁹ 年です。
- 理論の由来：真空崩壊の理論は1980年にコールマンとデ・ルッチアが構築しました（コールマンは1977年にも関連する研究を行っています）。
- 泡の速さ：実際の真空の泡は、ほぼ光速で広がるでしょう。
高エネルギー実験が引き金になりうるか
劉慈欣の『朝に道を聞かば』（2002年）では、宇宙誕生を再現できるほどのエネルギーをもつ実験を物理学者たちが始めようとしたとき、「リスク回避者」が突然現れてそれを止めます。この物語の裏には、実際の科学的な問いがあります。高エネルギー実験が真空崩壊の引き金になることはあるのか。これは真剣に研究されてきました。結論は、宇宙線はずっと前からどんな加速器よりはるかに高いエネルギーをもっていて、それでも宇宙は無事だ、というものです。
関連する実際の研究
以下の研究は、ヒッグス場、インフレーション、暗黒エネルギーに関するものです。関連する実際の科学であり、真空が崩壊することの証拠ではありません。物理学で「真空」が何を意味するかを説明する助けになるだけです。
- 質量の起源：ピーター・ヒッグスは、粒子に質量を与える、空間全体を満たす場を提案し、新しい粒子を予言しました（Higgs, Physical Review Letters, 1964）。
- ヒッグス粒子の発見：大型ハドロン衝突型加速器が約 125 GeV の新しい粒子を発見し、48年待たれた予言を確認しました（ATLAS Collaboration, Physics Letters B, 2012）。
- インフレーション宇宙：アラン・グースは、初期宇宙が指数関数的な膨張を経たと提案し、宇宙がなぜこれほど平坦で、どこでも温度がほとんど同じなのかを一挙に説明しました（Guth, Physical Review D, 1981）。
- 加速膨張：遠方の超新星を「標準光源」として使った天文学者たちは、宇宙の膨張が加速していることを見つけ、暗黒エネルギーが舞台に現れました。この研究は2011年のノーベル賞を受賞しました（Riess et al., The Astronomical Journal, 1998）。
- 42個の超新星：別のチームも独自に同じ結論に達しました。宇宙には、加速膨張を引き起こす何らかのエネルギーがあるのです（Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999）。
- 宇宙の最終章：数兆年後とそれ以降の宇宙の運命。恒星は燃え尽き、陽子は崩壊するかもしれず、ブラックホールはやがて蒸発します（Adams and Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997）。解放には宇宙の終わりを見届けることが必要なので、このエンディングと関わります。
ゲーム設定（実際のものではありません）
真空に意図的に引き金を引くこと、そして新しい真空の中で別の物理法則がどのようなものになるかは、どちらもフィクションです。
関連する小説3冊
- 『シルトの梯子』（グレッグ・イーガン、2002年）：真空崩壊の理論は実際の物理で、実際の真空の泡はほぼ光速で広がるでしょう。小説では、物理実験が偶然、新しい種類の真空をつくり出し、それが光速の半分の速さで外へ広がり、行く手のすべてを呑み込みます。2万年後も、人々はそれに向き合う方法を探し続けています。
- 『神々自身』（アイザック・アシモフ、1972年）：エネルギー保存と物理定数の安定性は、極めて高い精度で検証されてきました。異なる物理法則をもつ並行宇宙は、推測にすぎません。小説では、人類が並行宇宙と物質を交換できる「電子ポンプ」を発見し、無限のただのエネルギーを手に入れます。その代償は、2つの宇宙の物理法則がゆっくりと互いに染み込んでいくことです。
- 『朝に道を聞かば』（劉慈欣、2002年）：上記を参照。
原典を読むには？ 次のタイトルで検索してください
- Higgs (1964): "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"
- ATLAS Collaboration (2012): "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"
- Guth (1981): "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"
- Riess et al. (1998): "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"
実際の根拠
現在の測定では、私たちの真空は準安定かもしれないが、期待寿命は約10¹³⁹年。真空崩壊の理論は1980年にコールマンとデ・ルッチアが示した。
真空の起動：原子より小さな新しい真空の泡が、光速に近い速さで広がる。届くまで、その姿は見えない。
『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。
『神々自身』(アイザック・アシモフ、1972年)の科学:エネルギー保存則と物理定数の安定性は、きわめて高い精度で検証されている。物理法則が異なる並行宇宙は、推測にすぎない。
『朝聞道』(劉慈欣、2002年)の科学:高エネルギー実験が真空崩壊を引き起こす可能性は真剣に研究されてきた。宇宙線はずっと昔からどんな加速器よりはるかに高いエネルギーを持っているが、宇宙は無事だ。
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。
インフレーション宇宙：グースは、初期の宇宙が指数関数的に膨張したと提唱した。宇宙がこれほど平坦で、どこでもほぼ同じ温度である理由が一度に説明できた。
出典：Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"
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"
質量の由来：ヒッグスは、空間を満たして粒子に質量を与える場を提案し、新しい粒子を予言した。
出典：Higgs, Physical Review Letters 1964, "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"
ヒッグス粒子の発見：大型ハドロン衝突型加速器が約125GeVに新粒子を見つけ、48年前の予言を裏づけた。
出典：ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"
宇宙の最終章：何兆年、さらにその先にわたる宇宙の運命を導いた。星は消え、陽子はおそらく崩壊し、ブラックホールはついに蒸発する。
出典：Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
ゲーム設定（創作）
- 真空をわざと起動することも、新しい真空で別の物理がどうなるかも、フィクションだ。
- 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。
- 小説『神々自身』のあらすじ:人類は、並行宇宙と物質をやり取りする「電子ポンプ」を発見し、無限のただのエネルギーを手に入れる。代償は、二つの宇宙の物理法則が少しずつ互いに染み出していくことだった。
- 小説『朝聞道』のあらすじ:物理学者たちが、宇宙の誕生を再現できるほどのエネルギーの実験を始めようとしたとき、「リスク回避者」が突然現れて止める。そんな実験は宇宙全体を壊しかねないからだ。