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物理宇宙論において、ビッグリップとは、宇宙の最終的な運命に関する仮説的な宇宙論モデルであり、星や銀河から原子や素粒子に至るまで、宇宙の物質が未来のある時点でダークエネルギーの重力の影響によって徐々に引き裂かれ 、粒子間の距離が無限に増大するというものである。
宇宙論の標準モデルによれば、宇宙のスケールファクターは加速膨張しており、将来の宇宙定数が支配的な時代には指数関数的に増加する。しかし、この膨張はどの瞬間でも同じであり（したがって指数法則、つまり局所的な体積の膨張は同じ時間間隔で同じ回数である）、不変で小さなハッブル定数によって特徴付けられ、束縛された物質構造によって事実上無視される。対照的に、ビッグリップシナリオでは、ハッブル定数は有限時間で無限大に増加する。最近の研究によれば、宇宙は一定の膨張と熱的死に向かっており、[ 1 ]状態方程式パラメータw = −1である。
ビッグリップは、宇宙にファントムエネルギー、つまりあり得ない物理的特性を持つ仮説上のダークエネルギーが存在する場合にのみ起こり得る。[ 2 ]
この仮説の真偽は、宇宙に存在するダークエネルギーの種類に左右される。この仮説を証明できる可能性のあるダークエネルギーの種類は、ファントムエネルギーと呼ばれる、絶えず増加する形態である。宇宙のダークエネルギーが際限なく増加すると、宇宙を一つにまとめているすべての力を克服できる可能性がある。重要な値は、ダークエネルギーの圧力とそのエネルギー密度の比である状態方程式パラメータw である。−1 < w < 0の場合、宇宙の膨張は加速する傾向があるが、ダークエネルギーは時間とともに消散する傾向があり、ビッグリップは起こらない。ファントムエネルギーはw < −1 であり、これは宇宙の膨張に伴ってその密度が増加することを意味する。
ファントムエネルギーに支配された宇宙は加速膨張宇宙であり、その膨張速度はますます加速している。しかし、これは観測可能な宇宙の大きさと宇宙論的事象の地平線が絶えず縮小していることを意味する。つまり、物体が観測者に影響を与える距離はますます近づき、相互作用が伝播する距離はますます短くなる。地平線の大きさが特定の構造よりも小さくなると、構造の最も遠い部分の間では基本力による相互作用は起こらなくなり、構造は「引き裂かれる」。時間そのものの進行が停止する。このモデルは、有限時間後に「ビッグリップ」と呼ばれる最終的な特異点が存在し、観測可能な宇宙は最終的にゼロサイズになり、すべての距離が無限大の値に発散することを示唆している。
ダートマス大学のロバート・R・コールドウェル氏率いるこの仮説の提唱者たちは、現在からビッグリップまでの時間を次のように計算している。 ここで、 wは上記で定義され、H 0はハッブル定数であり、Ω mは宇宙全体の物質の密度の現在の値である。
チャンドラX線観測衛星による銀河団の速度の観測では、wの値はおよそ-0.907から-1.075の間であることが示唆されており、ビッグリップは否定できない。上記の式に基づくと、観測でwが-1より小さく-1.075以上であると判断された場合、ビッグリップは早くても約1520億年後に発生することになる。[ 3 ]プランクミッションからのより最近のデータでは、 wの値は-1.028（± 0.031）であることが示されており、ビッグリップの最も早い時期は約2000億年後にずれ込んでいる。[ 4 ]
論文の中で、著者らは、w = −1.5、H 0 = 70 km/s/Mpc、Ω m = 0.3 という仮想的な例を検討している。この場合、ビッグリップは現在から約 220 億年後に起こる。このシナリオでは、銀河はビッグリップの約 2 億年前に互いに分離し始める。ビッグリップの約 6000 万年前には、重力が弱まり銀河をまとめておくことができなくなるため、銀河は崩壊し始める。太陽系のような惑星系は、ビッグリップの約 3 か月前に重力的に束縛されなくなり、惑星は急速に膨張する宇宙へと飛び出していく。最後の数分で、星や惑星は引き裂かれ、散逸した原子は、終焉の約 10 −19秒前に破壊される（原子はまず電子が飛び出すことで電離され、続いて原子核が解離する）。ビッグリップが発生すると、スケールファクターは無限大になる。[ 5 ]
証拠によれば、我々の宇宙ではwは −1 に非常に近い値であり、そのためw が方程式の支配的な項となります。w が −1 に近づくほど、分母はゼロに近づき、ビッグリップはより遠い未来に起こります。w がちょうど −1 であれば、H 0やΩ mの値に関係なく、ビッグリップは起こり得ません。
入手可能な最新の宇宙論的データによると、不確実性は依然として大きすぎて、 w < −1、w = −1、w > −1の 3 つのケースを区別することができません 。[ 6 ] [ 7 ]
さらに、統計的な変動により、 w を正確に −1 と測定することはほぼ不可能です。つまり、 wの測定値は−1 に任意に近づくことはできますが、正確には −1 にはならないため、より正確な測定によってビッグ リップの最も早い時期をさらに遡らせることはできますが、ビッグ リップを完全に否定することは非常に困難です。[ 8 ]
