ビッグフリーズやビッグリップは宇宙の終わり？

質問

こんばんは。
宇宙の終わりとは、何をもって終わりとするのかが分からないのです。
ビッグクランチやビッグバウンスは無に返るということで、終わる実感があるのですが、
ビッグフリーズやビッグリップは、空間が残ると思うので、終わりではないと思うのです。
終わるということは時間的に続きがないということだと私は思うのですが、その時間の観念ともかかわりがありそうです。
そのあたりを、できるだけ単純明快に説明していただけるとうれしいです。
よろしくお願いします。

回答No.3

Nakay702 · ベストアンサー

再度の「お礼コメント」を拝見しました。（ヤフー知恵袋の情報もありがとうございました。）
別の質問に答えて書いたことと一部重なりますが、以下のとおりお答えします。

＞私たちの宇宙は、他の何か（宇宙のようなもの）に内包されているという考えでよろ
しいですか？
⇒例えて言えばそういうことかも知れません。ただし、「器が先にあるのではない」ようです。ニュートンは、「箱が先にあって、そこにリンゴが入る」と考えましたが、アインシュタインは、「先にリンゴがあって、そのありように応じて箱ができる」と考えました。例えてみれば、生物の新生児誕生までのプロセスと違って、宇宙開闢のプロセスはそれとはベクトルが逆なのです。すなわち、受精卵が子宮に着床するのでなく、受精卵が発生するとそれに合った子宮ができる、という機序に例えられるのだそうで、私もこの見方を受け入れています。また、インフレーション理論などには複数宇宙の概念が含まれますが、これも共感できます。つまり、「大宇宙」はいわば細胞組織のようなもので、その内部に細胞という宇宙が無数に存在している。「この宇宙」はその１つである、と考えています。

＞そうだとすれば、私たちの宇宙を内包している箱や袋のような物（これがNakay702さ
んのいう大宇宙ですか？）は、始まりも終わりもなく、永久不変ということですか？
⇒永久「不変」ではなく、逆に永久「変動」であり、生々流転の反復です。そういう反復が続くという意味では、ある種の、つまり、「宇宙には変動するという属性がある」という「不変性」があると言えるかも知れません。なお、既述のとおり、変動し、蠢くものは「箱や袋」ではなく、エネルギーや物質など、宇宙の中身です。

＞ビッグリップが存在し得るならば、私たちの宇宙を内包している何かは、4次元以上
の空間である必要があると思います。
⇒かつて「ネイチャー」誌に「宇宙の最果ては自分」というような、不可思議な記事があったように記憶しています。極端な図式化で説明すれば、絶対に曲がらないロケットか何かで、超高速で４次元の宇宙空間を移動すると、最終的に元の位置に戻る、というのです。宇宙空間は３次元として見ると無限ですが、おっしゃるように、実際には４次元の（有限）世界と解釈できるようです。我々がそれを理解できないのは、４次元の世界を３次元の原理で計ろうとするからなのだ、ともいいます。
「有限かつ無限」などと言うと、パラドックスのようですね。簡単のために、次元を落として考える。２次元しか分からないアリが３次元の地球儀上を這っている場面を想定する。アリは、平面上を「この世の果てまで」行こうと思って歩くが、その果てには行き着くことができない。そして、いつの間にか元の場所に戻ってくる…。

＞確かに何かの変化があれば、そこには時間が存在します。
＞あれ？ってことは、ビッグフリーズは一切の変化がなくなるので、時間がなくなると
いうことですね。
⇒宇宙開闢直後の第１の相転移の時期に分離した重力だけは消えないかも知れません。したがって、それに対応する変化はビッグフリーズ後も作用を及ぼすのではないでしょうか。それがあるゆえにこそ、「ビッグフリーズは膨張から収縮に転じる通過点」となり得るのだと私は考えています。そして、さらに憶測を重ねれば、この時点でエントロピー増減の向きが反転するのではないかと思います。

＞ビッグバン（インフレーション）の前には虚数時間が流れていたなんてことも聞いた
ことがありますが、そうだとすればそこには虚数空間があったのでしょうか？
⇒いわゆるプランクタイム以前ですね。この部分は、現代物理学では感知しえない領域なのだそうで、それで暫定的に虚数時間とかトンネル効果とか呼んでいるらしいですね。不肖私は、このことに関しては微塵も予備知識がありません。

＞なんだか疑問がたくさん湧いてきます。
私もかつて宇宙に関して興味や疑問をいろいろ抱いたことがありました。それで、天文学の授業を聴講したり学説を紐解いてみたりしましたが、宇宙の神秘はよく分かりませんでした。確かに、宇宙は分からないことだらけです。
特に、上でも見た４次元問題は最大の謎です。それで、「ネイチャー」誌の「宇宙の最果ては自分」にヒントを得て、上に述べたような説明で「分かったつもり」になろうとしました。すなわち、「宇宙空間は３次元として見ると無限だが、実際には４次元の世界なのである。我々がそれを理解できないのは、４次元の世界を３次元の原理で計ろうとするからなのだ」と。
「有限かつ無限」などと言うと、パラドックスのようですね。こんな説明を聞いたことがあります。「簡単のために、次元を落として考える。２次元しか分からないアリが３次元の地球儀上を這っている場面を想定する。アリは、平面上を「この世の果てまで」行こうと思って歩くが、その果てには行き着くことができない。そして、いつの間にか元の場所に戻ってくる。」
「メービウスの帯」というのがあるいます。帯を１回ひねって両端を貼り合わせた図形です。それは形としては簡単なものですが、感覚的に理解しにくいことがあります。その帯上の１点Aの真裏をBとすれば、AからBへ行くには帯を突き破らなければ行けない。ところが、その帯上を縦方向にずっと辿って移動するとBへ到達する。狭い範囲だけ見て考えると絶対不可能なことが、広い範囲で見ると実に単純で、何でもないことだったのです。
「３次元世界と４次元世界」、「日常的感覚と真理の実体」、我々にとってその間はある種不連続で、接点が分かりません。その接点を把握できる時が、宇宙の神秘を科学的に解明できる時なのかも知れません。

お礼

ありがとうございます。

「先にリンゴがあって、そのありように応じて箱ができる」というのは、量子もつれのようなものですかね。

「「大宇宙」はいわば細胞組織のようなもの」と聞いて、脳の細胞が宇宙の構造に似ているということを思い出しました。
大宇宙は、私が人や動物として理解しているような物なのかもしれないとか、物理的な範疇を超えた発想をしてしまいました。
大宇宙は私が人や動物として理解しているような物とすれば、大宇宙は常時変動かつ始まりも終わりもある、大宇宙も無数に存在するし、さらに外があると思えます。

宇宙は閉じている、次元を一つ落とせば風船の表面のようなものだと私は思っています。
ビッグリップは風船が割れるようなことだと思うので、そうだとすれば私たちがいる三次元空間は四次元以上の空間の中にあることになります。

Yahoo!知恵袋のmedium_green_menさんは、空間は相互作用があっての空間、重量場あっての空間、物質・反物質の生成・対消滅あっての空間であるから、ビッグフリーズは時間だけでなく空間も消滅しているとおっしゃっています。
重力だけは消えないとすれば、変化があるので時間も空間もあると思いますが、それは厳密にいうとビッグフリーズではないと思います。
相互作用・重力場・対生成・対消滅がなくなった空間は空間ではないとしたら、その空間のようなものは何になるとNakay702さんは思いますか？

回答No.5

Nakay702

「お礼コメント」をありがとうございました。

＞歴史は繰り返すというか、ただ単に決まった同じことを永遠に繰り返していると考えるのが、私にはイメージしやすいのです。でないと、宇宙というかこの世は、神が作ったことになってしまうと思うのです。神が作ったことになってはいけないとは思いませんが、人間が想像できる何かが宇宙を作り上げたとは、私はイメージできないのです。
⇒まったく同感です。「反復・活動・広がり」が、この宇宙にも大宇宙にも通底する事柄だと思います。ビッグバンがあって、間断なく進化し続けるこの宇宙が孤独だとはとうてい考えられません。もしもこの大宇宙には我々のこの宇宙しかないと考えるとしたら、「無限宇宙論」を唱えたＧ．ブルーノを焚刑に処したあのカトリック教会と同罪の立場に立つようにさえ思うのです。
通時的にみて、前から続いてきて（あるいは反復してきて）、この後にも続いていく（あるいは反復していく）に違いありません。また、共時的に見て、隣に（あるいは周囲に）似たような宇宙があるに違いありません。この宇宙の中の天の川銀河は、「４Ｄ・Ｎ・ＵＧ（ｘｙｚ）」とでも表わせましょうか。つまり、我々のこの宇宙は、「４次元世界の、Ｎ番目の、ｘｙｚ座標に位置する銀河宇宙である」と。

＞人類の英知の終着点的なものが知りたいという欲が消えないのです。
⇒これまた、まったく同感です。toni_desuさんのおかげで、楽しい宇宙談義ができました。これは、単に、質問があって、それに答えて、それで終わり、ということ以上の、ある種の精神的快楽を与えてくれたと思います。宇宙の神秘・物質の究極の姿を突き詰めたい。普遍化した宇宙像を描きたい。果てしない好奇心を満たしたい…。こんな共通の心的態度のなせる業かも知れません。いわば、１つの「ロマン」と言えるのかも知れません。

どうも、ありがとうございました。

お礼

ありがとうございます^^

回答No.4

Nakay702

「お礼コメント」をありがとうございました。

＞重力だけは消えないとすれば、変化があるので時間も空間もあると思いますが、それは厳密にいうとビッグフリーズではないと思います。
＞相互作用・重力場・対生成・対消滅がなくなった空間は空間ではないとしたら、その空間のようなものは何になるとNakay702さんは思いますか？
⇒確かに、重力が消えないなら「厳密にいうとビッグフリーズではない」ですね。エネルギーや物質が存在するということは、その存在そのものが重力場を（あらしめて）構造化している、ということですからね。具体的に言えば、空間に圧力がかかってそれをゆがめている、ということで、その分だけ活性があるということになります。実は、私は無意識に、「際限なくビッグフリーズに近づいていく状況」を称してビッグフリーズ宇宙と呼んでいたような気がします。

視点を変えて、アインシュタインを思い出してみましょう。「先にリンゴがあって、そのありように応じて箱ができる」ということは、「リンゴがなければ空間もない」、ということに過ぎませんよね。ということは、すべての力が消えた世界は「空間として存在しえない」、ということになります。それゆえ、もし仮に、「重力も何もかも消えて完全なビッグフリーズが実現した世界を空間と考える」としたら、論理矛盾に陥ることになります。

あらゆるエネルギーや物質がなくなった（ように見える）空間があるとすれば、それは宇宙の泡構造のボイド部分くらいでしょう。いやそれとて、強い力・弱い力・電磁気力・重力のすべてが消えたわけではないはずです。逆に言うと、我々がいやしくも宇宙とか空間と認識できる実体があるとしたら、そこには必ず何らかの物質、エネルギー、力などが存在する、ということになると思います。

現在この宇宙は加速膨張の途上にあるそうですが、それは「断熱膨張」なんですよね。ということは、この宇宙の平均温度は下降し続けている、ということになりますね。もちろん、恒星やブラックホールのように何千度何万度という高温域もあるし、ブラックホールやその周辺、特にシュバルツシルド半径のあたりでは、盛んに対生成・対消滅などの相互作用が見られるそうです。その一方、宇宙背景放射は2.75Ｋという低温であることも分かっていますね。

以上のことを勘案すると、現在この宇宙はいわば青年期で、やがて加速膨張が減速膨張に移行する壮年期に入り、膨張が進行するに従って内部のエネルギー密度は薄まっていく。重力以外のエネルギーが消えると、膨張が収縮に転じて、ビッグクランチへつながる…。これが、この宇宙の進化のシナリオ（その１）で、シナリオ（その２）は、加速膨張が減速膨張に移行せず加速し続ける場合で、そうするとこの宇宙は早晩ビッグリップに至って、分裂して飛び散り、隣接する別の宇宙との合体へ向かう、というものです。

換言すれば、この宇宙の進化は、２つの方向の可能性がある、ということになります。
可能性その１：宇宙膨張がいずれ収縮へ転じて、ビッグクランチ→ビッグバンへと進む（時系列的反復）。
可能性その２：宇宙膨張が続いて、いずれ分裂して飛び散り、ビッグリップ→分裂した部分ごとに隣接する別の宇宙との合体へと進む（隣接宇宙との離合集散）。

以上が、「ビッグ○○」をキーワードにして考えた私の宇宙の進化のシナリオです。私は、宇宙全体が静止して、完全停止状態になること、ビッグフリーズが持続することだけは考えられません。

お礼

ありがとうございます。
きっとキリがないので、このあたりでNakay702さんのご足労をかけなくてもいいようにします。
私の一番納得がいく宇宙の未来像は、ビッグバウンスなのです。
歴史は繰り返すというか、ただ単に決まった同じことを永遠に繰り返していると考えるのが、私にはイメージしやすいのです。
でないと、宇宙というかこの世は、神が作ったことになってしまうと思うのです。
神が作ったことになってはいけないとは思いませんが、人間が想像できる何かが宇宙を作り上げたとは、私はイメージできないのです。
結局観測や証明はできないので何を言っても自由だと思うし、人間のイメージできる世界は、すべて同時にどこかに存在すると思っています。
けど、人類の英知の終着点的なものが知りたいという欲が消えないのです。

回答No.2

Nakay702

「お礼コメント」を拝見しました。

＞要するに、どれも時間的には終わりではない、通過点に過ぎないということですね。
＞そうだとすると、始まりもないということになりそうな気がします。
⇒、始まりや終わりを云々する時は、範囲を限定することになりますね。例えば、「天の川銀河の始まりと終わり」とか、「半径およそ138億光年とされるこの宇宙の始まりと終わり」のように。しかし、このような限定をつけない宇宙空間（仮に「大宇宙」と呼ぶことにします）には始まりも終わりもなく、ただ「変動しながら続いている宇宙」がある、ということになるのだと思います。

時間についても、例えば、「我々が１秒と言う時、それはこの宇宙で光が30万キロ進むのに要する時間」のことを指しています。しかし、「大宇宙」には、我々が計ろうが計るまいが、知覚しようがしまいが、時間は流れるでしょう（この意味の時間を「絶対時間」と呼ぶことにします）。なぜ、そう言えるかと申しますと、最広義の時間とは、「大宇宙での状況変化」と変わらない内容を指すことになるからです。

＞ビッククランチは否定的と、とらえました。
＞時間は無限なのでしょうか？
＞時間が終わることが、宇宙の終わりのように感じます。
＞ビッグクランチ以外は、時間が終わらないように思います。
⇒確かに、ビッグクランチが起これば、この宇宙のすべてが一点に閉じ込められて、光も何も無くなるのでしょうから、「この宇宙で我々の感知する時間は終わる」、と言えるかも知れません。しかし、「大宇宙での状況は変化し続ける」でしょうから、「絶対時間」はあり続けるはずです。その意味で、「我々のこの宇宙の時間は有限」かも知れませんが、「大宇宙の絶対時間は無限」と言えるでしょう。

ところで、考えてみますと、お互いに同じ言葉で、別の内容を考えていたのかも知れませんね。toni_desuさんは、「この宇宙」やその中での「時間の始まりと終わり」を考え、私は私で、「大宇宙」やその中での「絶対時間の流れ」を意識していたのではないかと思います。

ということで、
＞宇宙の終わりとは、何をもって終わりとするのかが分からないのです。
というお尋ねが最初にありましたが、これに私見で答えるとすれば次のようになります。と言いましても、特に前半はtoni_desuさんが最初からおっしゃっていたこととほとんど同じです。

（１）ビッグクランチによって、この宇宙のすべてが終わる。ビッグフリーズやビッグリップが起こっても、この宇宙のすべてが終わることにはならない。
（２）ただし、ビッグクランチが起こっても、大宇宙が終わることにはならない。それは、単にエネルギーの形態や位相が変化することを意味するだけで、大宇宙規模ではさまざまなことが変動し続けるに違いないからである。

お礼

私たちの宇宙は、他の何か（宇宙のようなもの）に内包されているという考えでよろしいですか？
そうだとすれば、私たちの宇宙を内包している箱や袋のような物（これがNakay702さんのいう大宇宙ですか？）は、始まりも終わりもなく、永久不変ということですか？
ビッグリップが存在し得るならば、私たちの宇宙を内包している何かは、4次元以上の空間である必要があると思います。
確かに何かの変化があれば、そこには時間が存在します。
あれ？ってことは、ビッグフリーズは一切の変化がなくなるので、時間がなくなるということですね。
時間の終わりを根拠にするならば、ビッグフリーズも宇宙の終わりなのかもしれないです。でも、空間はある。
時間か空間、どちらか一方だけが存在するということはあるのでしょうか？
時間か空間の一方だけが存在することは無いとすれば、Nakay702さんがおっしゃるようにビッグフリーズは膨張から収縮に転じる通過点に過ぎないということになると思います。
ビッグバン（インフレーション）の前には虚数時間が流れていたなんてことも聞いたことがありますが、そうだとすればそこには虚数空間があったのでしょうか？
なんだか疑問がたくさん湧いてきます。

補足

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q14182152354 でも同じ質問をして、回答が付いています。ご覧ください。

回答No.1

Nakay702

ビッグバンから始まり、いわゆるビッグウィンパーに至るまでの間の宇宙膨張や進化のシナリオを描こうとすると、必ず量子力学やブラックエネルギーと関わらざるを得なくなるようです。しかし、現在の天文学が教えるところでは、ブラックエネルギーに関してはほとんど何も解明されていないので、「ビッグ○○」問題は、「学者のお遊びに近い」と言われます。
そこで、以下はさらにお粗末な、「好事家のお遊び」のようなもので、大した根拠はありませんので、あらかじめご了解をお願いします。

＞ビッグクランチやビッグバウンスは無に返るということで、終わる実感があるのですが、
⇒日常的な感覚としては、そういうことですね。つまり、ビッグクランチは宇宙が縮んでいくということですから、「無に返る」ように感じますね。
しかし、宇宙論的な実体としては、「エネルギーの所在が収斂していく」ということであって、「すべてが消えて無くなる」ということではないようです。

＞ビッグフリーズやビッグリップは、空間が残ると思うので、終わりではないと思うのです。
⇒「エネルギーが移動したり放散したりした状態」ということかも知れませんが、私もそれが宇宙の終りとか「宇宙死」の状態ではないと思います。
それは、やがてゆっくり宇宙の収縮や、隣接する「別の宇宙」との合体に向かう、という変化につながる「特異点」または途中の段階ではないかと考えます。

以下で各事項について考えてみましょう。
（１）ビッグクランチについて
ひと言でいえば、宇宙がつぶれた状態になることで、2000億もの銀河があるといわれるこの大宇宙が、10のマイナス23乗mmという針の先より小さい範囲に縮み込むというのですから、感覚的にはまったく理解できませんね。以下は私の想像・憶測ですが、この縮こまった状態、つまり「エネルギーの塊」こそ、次世代の「ビッグバンの種」ではないかと考えます。

（２）ビッグバウンスについて
“「ループ量子重力理論」によれば、宇宙が極限にまで収縮した後に、再び膨張に転じることが示された。これがビッグバウンスと呼ばれるシナリオで、いったん高密度になってあらゆる構造が破壊された後、再び世界が創造されるという神話的な内容が、人々の興味を引いた。…ただしこれは、極めて特殊な量子化の手法を採用するので、必ずしも多くの物理学者に支持されているわけではない”（吉田伸夫『宇宙に終りはあるのか』参照）。これぞまさしく、上述の「ビッグバンの種」説を支持してくれる味方ではないかと思います。

（３）ビッグフリーズ
宇宙が零度Ｋ（ケルビン）になると、すべての物質や粒子の活動が停止するとされます。いわば宇宙の「凍死状態」ですが、問題は、この時４つの力のすべてが止まるのか、重力だけは別なのかです。もし、すべての力が止まるなら、銀河は死の海に浮かんで静止する島になり、重力が生きているなら、ビッグフリーズは１つの「特異点」ということで、いずれ宇宙は収縮に転じることになるかも知れません。私は、こちらを取りたいです。

（４）ビッグリップ
宇宙が際限なく、つまり、無限に広がっていく状況は何とも想像しにくいことです。もしかしたら、ある時点で隣接する別の宇宙と合体してその一部になる…というシナリオもあり、かも知れません。「マルチバース論」によれば、我々の宇宙は四方八方を別の宇宙に囲まれていることになるので、それらと合体して別の宇宙の構成員になっていく…という構図です。大いにあり得ることだろうと思います。

まとめ（100％独断による私見です）
ビッグクランチおよびビッグバウンス：ビッグバンの前段階である。
ビッグフリーズ：宇宙の収縮→ビッグクランチへつながる特異点である。
ビッグリップ：隣接する別の宇宙との合体へ向かう途中の段階である。

以上、ご回答まで。

お礼

ありがとうございます。
要するに、どれも時間的には終わりではない、通過点に過ぎないということですね。
そうだとすると、始まりもないということになりそうな気がします。
ビッククランチは否定的と、とらえました。
時間は無限なのでしょうか？
時間が終わることが、宇宙の終わりのように感じます。
ビッグクランチ以外は、時間が終わらないように思います。