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解決済みの質問

宇宙の加速膨張について・・。

最近の天文学では、宇宙は、加速膨張していると言う事ですが、
宇宙空間が、膨張すると言う事は、新しく「空間」が作られているという事でしょうか?
それとも、空間は、最初から無限に存在して、銀河同士が、お互いに遠ざかって
いる事なのでしょうか?

よろしくお願いします。

投稿日時 - 2011-10-16 00:23:20

QNo.7074131

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質問者が選んだベストアンサー

私は物理学は素人ですが 論理については多少興味を持っているものです。ご質問は 『現在の物理学で宇宙について どこまで理解されているのか』のように理解しました。

ご存知のように観測可能な宇宙は地球中心にして半径137億光年の球形です。物理現象は この範囲でしか実証できない と思います。最遠方の動きを勘案して470億光年(他にもいろいろ)とかありますが 観測可能宇宙としては同じものです。
(1)観測可能内の銀河の地球からの後退速度が全方向の距離に比例し
   て膨張していること
(2)多数銀河の後退速度の結果は加速度が増大していること
(3)137億光年は光速になっていること

(1)から宇宙は等方性ということが解ります。等方性とは 仮に地球から137億光の半径の端に立って宇宙を観測すると地球とおなじくその端から137億光年の半径の観測可能宇宙がある ということです。これを順次続けていけば 宇宙は無限に広がることになります。最近の観測可能内の銀河の分布から宇宙は宇宙的に平坦であり無限に広がっているようだ とも言われています。
逆に(1)膨張を過去に遡ると137億年前には全ての銀河が点にあつまり、一点から宇宙ができたかもしれない ことを暗示してます。宇宙開闢以来有限の137億年の時間に宇宙が無限に広がる ことはない と考えている物理学者は多いと思います。が宇宙のサイズは観測可能宇宙より はるかに大きいものでしょう。
一点から膨張した ということについては 
(4)観測可能宇宙の全方位に渡って3K(正確ではない)の黒体放射に相当する背景放射が観察され 強度はほぼ一様であるが僅かに揺らぎが観測された。
(5)観測可能宇宙の元素分布は水素、ヘリウムなど 軽元素が多い
などを説明するためには、膨張はゆるやかなものではなく最初の段階で インフレーション膨張(超光速)の空間が生じ 続いて超高温の素粒子物質+エネルギーの宇宙が出来 順次膨張し温度もさが 現在にいたった という 説が有力です。観測可能内では一般相対性理論から導かれたものが使用されていると思います。インフレーションの前工程、インフレーション、観測可能の外、お尋ねの現宇宙の加速度の増加など 紐理論などがいろいろたてられていると思いますが 未だ検証されたとはきいていません。おそらく 4つの力の統一理論と深く関係すると思います。

以上 物理学的に解っているところは略こんなところではないか と思います。参考までに

投稿日時 - 2011-10-21 01:49:18

お礼

ご丁重な、回答を、ありがとうございました。

投稿日時 - 2011-10-25 21:51:32

ANo.4

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回答(5)

空間の体積が増えると思ってください。
ただし密度についてはなんとも言えません。
こんど宇宙人に会ったら聞いておきますよ。
だからあまり考えすぎないように  (´ω`;)

投稿日時 - 2011-10-22 22:39:05

ANo.3

「まっすぐ行けばどこまでも行ける」=平坦な時空間というのは、
実は我々の日常のような低エネルギー・小質量現象における
近似的な感覚で、実際は物体の存在により、空間は平坦では
なくなります。
その極端な例がブラックホールです(曲がりすぎて閉じてしまう)。
実は、ビッグバン当初のエネルギーの塊も、ある密度以上に
遡ればブラックホールになっていたはずです。
「なぜブラックホールからビッグバンできたのか」という問いに
対しては、初期条件が与えられれば膨張可能、と言えるのです。
膨張すれば密度が下がり、閉じた空間の曲率がゆるくなり、
閉ざされた空間そのものが広がるのです。
その初期条件については、量子ゆらぎだのインフレーションだの
ホワイトホールなど諸説ありますが、少なくとも不可能ではありません。

また、本来ビッグバンからの惰性的膨張であれば、重力により
膨張速度は低下すべきところ、もし膨張速度が低下すれば見えなく
なるはずの137億光年彼方からの137億年前のビッグバンの輻射
(がドップラー効果で絶対温度3度まで間延びした背景輻射)が、
今でも観測される事から、以前から「重力によるブレーキを相殺する
力が働いているのではないか」とは言われていました。
その1つの答えとして、「最初に超光速で膨張したので、減速して
137億光年先(ずっと光速で膨張している)が手前にずれても、
その奥にある超光速で膨張した領域が参入して来るので背景輻射
は見えなくならない」という、インフレーション宇宙論という修正が
なされましたが、今回継続的にブレーキを相殺する加速がなされて
いる事で、この説は無用になりました。

量子論的世界像において、有限な性質=存在性は、認識される事で
派生するとされます。
全ての存在は、不確定性原理において、確定化しようとすると無限
不確定性(=無)に還元すると共に、その不確定性において、無限に
つめこむと存在確率の山が平らになって、無と等しくなります。
この「絶対無=不確定性無限」において、その無限の闇に認識体の
仮定断面の運動を想定すれば相対的に無の風は光になり、認識体
はその光(量子相互作用パターン)の向うに、自己の補完(相補的
不確定性)としての宇宙を認識するのです。

我々は「過去は既に終わっている」「未来はまだ来ていない」ので、
「存在するのは現在」と考えますが、真の『現在』とは、認識体の
感受表面での量子相互作用(光速)のみであり、その経験(過去=
超光速)による予測(未来=光速下)として時空的広がりは発生して
いるのです。
無の不確定性無限の潜在としての、「自我仮説性(記憶=時間的流れ)」
の相補としての「時空仮説性(予測=空間的広がり)」。
「相補」というのは、絶対時空を否定し、認識体との相対においてしか
時空は計量できないとする相対性理論や、同じく認識体が現象表面的
に物事を捉え、本質的に決定しない事により有限的存在性は生じると
する不確定性原理といったものを伴い、また時間経過と共に膨張する
時空(重力によるブレーキを相殺する加速)、という事です。

投稿日時 - 2011-10-19 14:55:49

お礼

ご回答ありがとうございました。
残念なことに、後半、私には、理解しづらい内容になっています。
不確定性原理は、入り口からすでにわかりにくい理論ですね。
結局の所、世の中の物、突き詰めていけば、不確定性な物に、なるのでしょうか。

投稿日時 - 2011-10-20 20:48:51

 最初、定常宇宙論(宇宙は無限の過去から不変)が主流でした。アインシュタインも、この考えに基づき、自分が最初に考え出した重力しかない重力方程式では宇宙が重力でつぶれてしまうので、宇宙項という反発する力、つまり斥力の項を追加しました。

 しかし、天体観測により地球から遠いほど速い速度で離れて行くことがハッブルを始めとして発見・確認され、ビッグバン説が生まれました。その後、ビッグバン説を裏付ける証拠が、続々と提出され、こちらが主流になりました。

 一点から爆発的に膨張、と言われますが、それは宇宙の外(それがどんなものか分かりませんが)から見た場合のことで、我々はその一点の内部にいたわけですから(正確には、その一点の中の物から作られた)、我々にとっては点などではありませんし、その外というのも、物理学的には存在しません(考えるのは自由ですけど)。アインシュタインは「しまった、宇宙項いらないじゃん!」と後悔したらしいです。

 このビッグバンによって生まれた宇宙、ビッグバン説に基づく標準理論では3タイプあります。一つは、最初の頃には有力だった、閉じた宇宙です。真っ直ぐ進むと元の場所に帰って来ます。ちょうど地球の表面をどこまでも真っ直ぐ行くと、元の場所に帰ってくるのと同じようなことです。地球表面は球面という2次元平面ですが、それが3次元空間的に同様と言う、ちょっとイメージしにくい様子です。こういう宇宙を「閉じた宇宙」といいます。体積は有限です。

 後、2つあって、一つは無限に広がる平面、もう一つは、俗に馬の鞍型と言われますが、平面を球面に丸めるのと逆方向にゆがめるような感じです。この二つをまとめて「開いた宇宙」といいます。体積は、最初から無限大です。定義できない外から一点としても、定義できる中から言えば最初から無限大です(我々は中に実在しているので、中のことは自信を持って言えるわけです)。

 球面から馬の鞍型まで、どのように歪むかは、確率でしか決まりません。そこで、観測が行われました。結局、平らだという結果でした。確率的には奇跡です。

 しかし、科学は奇跡を嫌います。また、ビッグバン説では説明できないようなことも残っていました。ビッグバン説では、最初の爆発が起きた時が最も膨張速度が速く、だんだん膨張が遅くなるはずでした。
 これは、物を放り上げたら、だんだん遅くなるのと似ていて、もし閉じた宇宙で、中にある物質がある程度以上だと、放り上げた物が落ちてくるのと同様、今度は縮み始めて、最後は一点に集中して無くなってしまう可能性も言われていました。
 物質が少なければ、ロケットが太陽系さえ飛び出せるように、広がり続けます。

 でも奇跡は認めにくいし、ビッグバン説では説明できないこともある。そこで、インフレーション説といって、最初に宇宙が生まれたときは空間が膨張しながらも何もなく、短い時間をおいて、物質(もしくは正のエネルギー)と重力(これは負のエネルギー)が急速に増え、その間、空間は加速度的に膨張したという説が生まれました。

 ここで、アインシュタインがいったんは後悔した、宇宙項が大事になってきました。加速度膨張するには、斥力がないとできません。再び、宇宙項のある重力方程式が、宇宙の誕生時期について用いられるようになりました。

 しかし、その後は宇宙は安定し、普通に減速膨張しているのではないかと思われていました。しかし、最近の観測では、現在は加速度膨張ではないかと思われる証拠が見つかるようになりました。

 どんなタイプの膨張にせよ、1次元で考えると、ゴムひもが伸びるようなものですけど、伸びても伸びても細くはなりません。空間としてはそうなっています。
 膨張空間の中にある太陽系とか、それが集まった銀河系とか、そういうものは重力で引き合って加速膨張だろうが減速膨張だろうが、空間の膨張に逆らうことができますので、近くなら安定して同じ距離にあります。

 遠く離れたところは、はっきりと空間の膨張で遠ざかるのが分かります。まあ、そこではそこで「我々は重力で日あっているから安定だけど、あそこら辺(と地球の我々のいる辺りを指さし)は、どんどん遠ざかるな」なんて言ってるんでしょうね。

 まあ、どこが中心で膨張してるとか、そういうのはありませんので。宇宙のどこで見ても、自分から離れるほど、星々や銀河は速く飛び去っています。

投稿日時 - 2011-10-17 12:31:17

お礼

ご回答ありがとうございました。
長く丁重な、ご説明、わかりやすいものでした。
・・・宇宙と言うものを考えるとき、「無」と「無限」の両極端が浮かんできます。
でも、哲学的な無は、物理学では、存在しないんですよね。 完全な真空中でも、物質が生まれては
消える、対生成、対消滅があります。 無限もまた、科学的には、存在しない哲学的な概念なのでしょうか。

投稿日時 - 2011-10-17 20:22:13

結論から申し上げると,宇宙は最初は無の状態でビッグバン現象を経過して,銀河同士が互いに遠ざかっている状態で,空間が新しく作られるのではなく,既にある宇宙空間が広がり,全ての宇宙空間の星々の濃度が薄まっているという表現をすれば,御理解いただけるでしょうか.

御存知かも知れませんが,宇宙は『無』の状態から『ビッグバン』という現象を経て,ビッグバン当初は超高温・超高圧の点だったものが,広がっており,現在約137億年経過しているといわれています.
ワームホールという別の宇宙空間に繋がっているという理論を無視すれば,現在の宇宙は空間的に閉じており,風船が膨張している様子を想像していただければ解り易いかと思います.
風船の外は何もありません.空間すら無いのです.

以上,ご参考までに.

投稿日時 - 2011-10-16 04:08:52

お礼

ご回答ありがとうございました。
CMBと不思議な電波が全天、全方角から均一に降り注いでいますね。 何でも、ビッグバンの
名残とか・・。 アメリカのCMB探査衛星W-mapが、その百万分の一の「揺らぎ」を観測することで
色んな宇宙誕生期の事がわかったみたいです。 137億年というのも、その一つかな。

でも、ワームホールとか、別の宇宙の存在とか考えるようになると、議論に際限が無くなる感じです。

投稿日時 - 2011-10-17 20:38:33

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