宇宙の大きさについて

質問

１．宇宙の大きさは約137億光年といわれていますが、これは地球から観測できる一番遠くの星が137億光年にあることから推測しているのでしょうか。

２．その一番遠くにある星というのは3次元の座標でいうとx,y,zのプラス、マイナス方向すべてに存在するのでしょうか？

３．どの方角を観測しても「137億光年」が限界だった場合、地球を中心として137億光年より先を観測する技術が人類にないだけであって、本当の宇宙の大きさは半径137億光年ではないと思うのですが正しいですか。

４．ある一方向にのみ「137億光年」先の星がある場合、その他の方向には星やチリやガスが全く観測できないのでしょうか。その場合、地球は宇宙の端っこのほうに存在しているということでしょうか。

５．よく宇宙は「膨らみつつある風船」に例えられますが、その場合、「風船の中心」はどこになるのでしょうか。それとも中心点を観測することは不可能なのでしょうか。

いろいろと質問してすいませんが、気になっているので回答していただければうれしいです。ちなみに天文学には詳しくないのでなるべく簡単な言葉で説明していただければ幸いです。よろしくお願いします。

回答No.3

luune21 · ベストアンサー

(1)
逆です。ビッグバン（もしくは宇宙インフレーション）の始まりが137億年前と推定できることから来ています。
ちなみに、ちょうど今週号のタイム誌に今、重力レンズを使って、もっとも遠い天体を探す計画が進んでいるという記事がありました。英語ですが図解も豊富で最新の記事で参考になると思います。

(2)
はい、どこにも存在します。つまり、地球を中心とした半径137億光年の球体を想像してかまいません。

(3)
はい、地球から見える137億光年先の宇宙人はやはりそこを中心とした半径137億後年の球体を見ることができます。また、その137億光年先の宇宙人も…、またその先の宇宙人も…というようにどこまでいっても先が見えます。そして、その先は、光より速いスピードで遠ざかっていますので、観測することは不可能です。

このことは、宇宙の始まりが137億年前だとすれば、137億年前までの光しか地球に届かないのですから、それより”先は見えない”ということにすぎないことを意味しています。この概念を”宇宙の地平線”といいます。つまり、地上から遠くを眺めただけでは、地球の端は地平線のところにあるようにしか見えません。でもそこまで、いけば、また次の地平線が見えてくるでしょう。そしてその試みは無限に続きます。これと同じことです。

ただし、137億光年というのは、あくまでもその光が発してから137億年かかってたどり着いたものという意味でしかありません。もともとは、もっとずっと近くで光ったものですし、今現在は、ずっと遠くの空間に位置しているということになります。

(4)
一定方向にはありませんので、この項の回答はありません。

(5)
よく風船にたとえられますが、これには重要な前提条件があります。このたとえは、私たちは三次元の世界（この空間上のほとんど位置付けが立・横・高さ、という３要素で確定できるという意味です）に住んでいますが、この三次元を外から観測することは非常に困難です－－三次元の空間の曲がりなんて想像できませんよね－－。

そこで、一次元落として考えて、”もしこの世界が二次元だったら”と仮定したものが風船の”表面”なのです。風船の表面をどこまで進んでもキリがありません。無限です。でも風船全体は有限です。ここでいう風船の宇宙とは、あくまでも”風船の表面”なのです。

表面には中心はありませんよね。風船の表面の住人が、表面ではなく三次元としての風船の中心（球体の中心）を想像することはできません。それと同じように私たちも宇宙の中心を見つけることは難しいのです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

平易な言葉で解説していただき、非常に分かりやすかったです。

見えないだけであって、宇宙の大きさは無限なのかな。

風船の話は2次元が前提なんですね。でもそれをまた3次元に戻すと、やっぱりよく分かりませんね。(笑)

ありがとうございました。

回答No.4

pyon1956

1.宇宙の大きさが推定されているのは、他の方も仰っているいるように、各種の観測衛星の成果から宇宙の年齢が137±2億年と推定されていることによるものです。137億光年の距離になると、星どころか銀河クラスの大きさの天体でも観測することは大変難しいようです。で、かなり特殊な銀河であるクエーサーは、現在観測されている最も遠い天体です。しかしこれとて数十億光年の距離で、100億を超えるものはないようですね。
また、137億光年の彼方の天体から届くのはビッグバンの時の光であるということになりますが、これはつまり例の宇宙背景輻射です。

２．ビッグバンの時に星はありません。137億光年の向こうから届くのは137億年前の光なので、そこに星はありません。

3.観測技術の問題ではありません。本当の宇宙の大きさ、という考えは相対論の考え方では無意味です。というのは地球を中心に137億光年の端と端は物理的につながっていない、とみなされ、いかなる力も媒介されていない、というのが現在の理論ですから。

4。端っこはありません。たとえば地球上で端っこの一点ってどこでしょう？それと同様です。なお。チリやガスがあろうがなかろうが、光の強さは距離の2乗に反比例しますから、そんなに遠いと光は大変弱くなります。というわけでそんなところに星はない、その上仮にあったとしても障害物の有無に関わらず届く光は大変弱いです。その上、端っこというのはあり得ない話。

5.風船の中心は風船の表面にはありませんよね。宇宙は風船にたとえられるのではなく、風船の表面にたとえられるのです。だから中心はありません。観測する以前にないものは測れません。
数学的に円の中心は円の中にありますが円周の中心は円周上にはない、ということと同様です。このように中心のない図形はいくらでもかんがえられます。ドーナツの中心は食べられない、ということです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

3番はちょっと難しくて理解できませんでしたが、他はなんとなく分かりました。

やはり宇宙の大きさは無限、もしくは観測不可能ということになるということでしょうか。

ありがとうございました。

回答No.2

noname#25358

１．「推測」ではなく「仮定」です。
　コペンハーゲン解釈では、「観測できないものは存在しないと仮定する」という考え方があるから、宇宙の大きさは１３７億光年と仮定されているのです。
　＃１の方の回答はこの解釈に基づくもので、特に間違いがあるようには見えませんが、ですが僭越ながら素人向けの解説とは思えないように思います。

２．星の位置は、規則性はあるものの、ある程度ランダムです。
　あなたがいう「１３７億光年先の星」は１つしかありません。
　１３７億光年先にズラーっと星が並んで、壁を形成しているわけではないです。

３．おそらくその通りですが、確かめるすべはありません。

４．確率論の問題で、あったりなかったりします。
　１３７億光年の彼方の星の手前に巨大物体がある場合、やはり観測することはできません。ただし、重力レンズなどを利用して観測できることもありますが、確実に全ての星が観測可能というわけでもありません。

５．風船の中心は地球です。
　そういう仮定に基づく「１３７億光年」です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
とても分かりやすかったです。
特に5番の答えはちょっとびっくりしました。
そうなんですか、地球が中心なんですね。

回答No.1

merlionXX

> １．宇宙の大きさは約137億光年といわれていますが、これは地球から観測できる一番遠くの星が137億光年にあることから推測しているのでしょうか。

現在の説では宇宙の始まりはビッグバンと呼ばれる大爆発であったとされています。遠ざかる天体の速さは距離に比例する（ハッブルの法則）ため、逆に時間を遡れば、過去のある時点ではすべての天体は 1点に集まっていたことになります。
そのビッグバンが生じ、宇宙が誕生したのは、2003年に発表されたNASAの宇宙背景放射観測衛星WMAPの観測結果によれば、約137億年前と推定されています。
宇宙の大きさを定義することは難しいですが、「宇宙は一様かつ等方である」という宇宙原理が正しいと仮定し、「宇宙の天体は2天体間の距離に比例する速度で互いに後退している」というハッブルの法則が宇宙膨張に起因するものだとすると、我々から見た天体の後退速度が光速に等しくなる距離を、わたしたちが認識できる範囲という意味での「宇宙の大きさ」と呼ぶことができるでしょう。この意味での宇宙の大きさは、光が宇宙が誕生したときから現在までの間に進むことができる距離となるため、約137億光年と言うことになります。 これよりも遠くに存在するものは光速よりも速く遠ざかることになりますが、アインシュタインの相対性理論によれば「光速よりも速い速度で伝播するものは存在しない」ということになっていますので、これが「宇宙の地平線」とよばれるわけです。

したがって、２～４の質問は意味をもちません。
「風船の中心」はビッグバン時の最初の 1点ということになります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

wikiは私も見ました。

＞「風船の中心」はビッグバン時の最初の 1点ということになります。
「風船の中心」は現在どこにあるのでしょうか？観測できるのでしょうか?