雷雨’s blog

現実を書こう!

宇宙兄弟

第四回目は「髪切りました?」。
私はつい最近までロングだったんですが、バッツリ切りました(笑)。
ボブとショートの中間です。(そんなのあるのかって話ですが(笑))
それで、男子は一目見ただけで分かるので、わざわざ聞きに来ないんですよ。
なのに、後輩君は聞いてくれました!!
この嬉しさ!!
半端ないですよ!!
ってことで宇宙wikiどうぞ↓
宇宙の大きさ

宇宙の大きさについては、まだ分かっていないことが多い。宇宙の大きさを考える場合、地球から理論上観測可 能な領域(観測可能な宇宙)と、それを超える領域全体のどちらを考えるかに注意する必要がある。通常、宇宙 と言えば前者を指すことが多く、「宇宙の果て」と言えば前者の観測可能な限界ライン(宇宙の地平線)のこと を指す。前者の大きさ、すなわち人類に分かっている範囲だけに限った場合、半径約450億光年の球状の範囲で ある。この大きさは赤方偏移から計算された理論上の値であり直接の観測によって正確に分かっているわけでは ない。宇宙の大きさをそこに含まれるものとの比較によって感じてもらうために挙げると、典型的な銀河の直径 でもわずか3万光年にすぎない。隣どうしの銀河の間の典型的な距離はわずか300万光年にすぎない [4] 。例え ば、我々人類が属している天の川銀河はざっと10万光年の直径であり [5] 、我々の銀河に最も近い銀河のアンドロ メダ銀河はおよそ250万光年離れている [6] 。観測可能な宇宙の範囲内だけでもおそらく1000億個(10 11 個)の銀 河が存在している [7] 。

《地球上から見ることができる宇宙の大きさ》とは、我々人間が物理的に観測可能な宇宙の時空の最大範囲を指 す表現である。宇宙は膨張し続けているため、宇宙の大きさを表現するにはいくつかの単位がある。(距離測 度(英語版)も参照のこと)「光を含む電磁波により人類が地球から観測可能な宇宙の果て」と言うと、我々が観 測できる光のなかでも、最も古い時代に光が放たれた空間のことを指している。この空間から光が放たれたと き、つまり約138億年前(宇宙の晴れ上がり直後)、この空間(=観測可能な宇宙の果て)は地球がある位置か ら(地球を中心とする全方向に宇宙論的固有距離において)約4100万光年離れたところにあった。そして当時 この空間は、地球の位置から、光の約60倍の速度 [8] で遠ざかっていた、とされる。この空間までの現在の距離で ある共動距離(英語版)) は、約450億光年 [9] と推定されている。 [10] 宇宙の晴れ上がりの直後から約138億年の間 に、宇宙は約1090倍程度に膨張したと考えられている。この空間は現在、光速の約3.5倍の速度で地球から遠ざ かっており [11] 、かつ宇宙が生まれてから現在に至るまで(その膨張速度は)常に超光速を保っている。つまり 現在我々が電磁波によって観測できる天体の中には、その天体が生まれてから現在に至るまで常に超光速の後退 速度となるものが存在する [12] 。

「天体から放たれた光が地球にたどり着くまでの時間に光速をかけたもの」は光行距離(英語版)と呼ばれてい る [13] 。これは光が地球に届くまでの間に、光の旅した道のりを表す。光行距離では、電磁波により観測される 宇宙 [14] の果てから地球までの光の旅した道のりは約138億光年と推定されている。これは光速に宇宙の年齢をか けたものだが、この値は先に述べた2つの距離(450億光年、4100万光年)と値が異なっている。なぜならば、 光が地球に届く間に宇宙が膨張し、そのため光の道のりが延び、また光を放った空間が遠ざかるからである。つまり光行距 離はある時刻における空間上の2点間の距離を指し示すものではない。天文学では光行距離を天体までの距離とみなすことが 多いが、それは現在の天体までの距離や、天体が光を放ったときの天体までの距離を示すものではない。それはあくまで、 我々に届く光が旅した道のりである。

まとめると、現在我々が観測することができる最も古い時代に放たれた光は、約137億年前に約4100万光年離れた空間から 放たれた光である。そしてその(光源がある)空間は、現在450億光年かなたにあり、光は138億年かけて138億光年の道の りを旅してきた、ということである。わずか4100万光年の距離を光が進むのに138億年もの時間を費やしたのは宇宙の膨張 が地球への接近を阻んだためである(これは、流れの速い川を上流へ向かう船がなかなか前に進めないことと似ている。宇 宙空間の膨張は一般相対性理論より導かれる。よって電磁波の媒質である空間の膨張により地球を基点としたときの、地球 から離れた場所にある光の速度が変化しても特殊相対性理論における「光速度不変の法則」とは矛盾しない)。

我々の観測可能な領域を超える宇宙は、共動距離的な意味の場合、インフレーション理論に基づき、より広大であろうと予 想されているが、いまだその大きさが有限なのか無限なのかすらわかっていない [要出典] 。宇宙の大きさは、誕生から現在まで の膨張速度にもよるが、レオナルド・サスキンドはインフレーション直後の宇宙の大きさは有限ながらも、 光年と いう非常に大きな値を解の1つに得ている。宇宙の大きさが有限の場合、空間は閉じており、直進すれば宇宙を1周すること になる。無限であるとすれば永久に元の場所に戻ることはないが、確率的には十分遠方に至れば地球周辺と原子配置が同一 の領域が存在すると言える。この領域に到達した時点で実質的に宇宙を周回したことと同じ効果があり、無限宇宙は矛盾す る。