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宇宙の中心は？
仮に宇宙の年齢を１５０億年とします。 調べてわかったのですけど地球から１３０億光年 離れた所にクエーサーがあるらしいのです。 ビックバン理論でいくと、そのクエーサーは１３ ０億年前には宇宙の中心から２０億光年以内の所 にあったということになりますよね？ そうなると宇宙の中心は大体はわかると思うので すが何が違っているのでしょうか？ もっと不思議なことに１３０億光年先にあるク エーサーとほとんど反対の方向の約７５億光年の 所にもクェーサーがあるのです。 銀河系は宇宙の端にあるのではないのですか？ 一体何を勘違いしていて、どんな概念が欠けてい るのか教えて下さい。
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- abichan
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以下は小生の持論です。あくまでも現状の科学的・物理学的な根拠によるものではないことであり、どちらかと言うと天文学より哲学あるいは論理学に近い考察かも知れません・・・？ 前置きが長くなりました。 ＞宇宙の中心は？ 命題自体に意味がないと思います。 宇宙にわたし達が考えるところの「中心」という概念が馴染まない。わたし達は日常の中で「中心」とか「重心」という概念を持ちますが、当該概念が宇宙を考えるときに馴染みません。すなわち三次元で生きているわたし達の認識では説明がつきかねると思うのです。宇宙を考えるにあたり次元を更に高くしなければならないでしょう。なぜならば「宇宙の果て」を考えるとその意義がみいだせます。現在の認識されている科学では遠い恒星ほど早いスピードで遠ざかることがわかっていますが、この現象はあたかも二次元レベル（面）で考えると風船を膨らませているときの風船の表面に似た現象ではないでしょうか。ご存知の通り風船のある１点（基点）より距離の遠い場所は近くの場所より相対的に早い速度で遠ざかります。念の為ここで言う風船の中は認識次元が違うので宇宙はこの場合風船の表面と仮定してます。 わたしの考えでは宇宙を考える時は次元の「階層性」で考えるのが適当だと思います。具体的には三次元の世界で生きているわたし達が、二次元の世界を考えてみるとわかりやすいと思います。例えば当該二次元が高さのない縦横の面のみの世界とした場合そこに住む、例えばアリとしましょう（アリも三次元を生きていますが仮に「高さ」である次の次元認識が出来ないと仮定すます）。するとアリには高さの世界がありませんから、アリからはわたし達人類が現在認識している高さのある三次元を見る（認識）することは不可能です。同じように「階層」を三次元からひとつ上げて四次元を考えるとその四次元軸は三次元に住むわたし達には何か認識できません。 つまりわたし達を二次元に持ってゆき風船の表面に生活させていることを想像してみれば、その表面に「中心」とか「重心」の概念がないことにお気づきでしょう。 あくまでも、「次元の階層性における統一論理」が成り立つと仮定した場合の根も葉もない仮説であり哲学的・物理学的・天文学的に小生には検証できません。 フー・・・、脳みそが沸騰しそうです・・・ ゴールデンウィーク中の頭の体操ですかね。 「アドバイス」なんてとんでもない！ 単なる自己満足です・・・
- wingland
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先ず自分の言い訳を述べさせていただきます（笑） インフレーションモデルを何故持ち出したかですが、 「光速が一定である筈なのに、なぜ、到達するのが遅れるか（以前の130億光年先のクエーサーの話）を理解しやすくする為に宇宙が膨張していて、そのせいで遅れるということを言いたかったのです。別に光速以下のスピードで宇宙が膨張していても、宇宙空間自体が膨張しているので、光の到着は遅れますが、宇宙空間が光速以上で膨張したインフレーション時期の話をしたほうが、解かり易いかと思ったので、インフレーションの話を出しました。しかし今考えると、光速以上の膨張だけの説明では片手落ちで、減速膨張も同時に説明すべきでした。というのは、光速以上で膨張しっぱなしなら、永久に光が届かないからです。逆に貴方から減速についての質問を受ける結果となりいろいろな疑問を抱かせてしまう結果になったと思います。減速する理由については、自分でも「あれおかしいな？」と思う点も有ったのですが、その後、本を読みなおして、やはり間違いなかったと今では思っています さて、これ以上、「宇宙が光速以上で膨張した」。「いや、しない」という議論をしても、メールのやり取りだけでは、次々と別の疑問が生じ、泥沼にはまっていくような気がしますので、ちょっとこれは置いておきましょう。 また現在宇宙は減速膨張しているといわれておりますが、その減速理由である、重力場理論（一般相対性理論）｛←僕はこれを万有引力として言及しました。一般相対性理論が難しすぎて分からなかったから、分かる部分で言及したかったからです。｝の作用についても、「作用する」。「作用しない」の議論は泥沼の不安があり、ちょっと置いときましょう。（逃げるわけではないのですが、これら一問一答形式で云々すると膨大な文章が必要です。） さてここまでいっておきながら何ですが、これまで僕が話してきた内容については、説明不足が多かった点は有りますが訂正点は、特に見当たりません。 その上で、これまでのご指摘を受けた点について、再度ご説明します。 ・僕の以前の発言に有りました。速度についての基準点について、ご説明します。 現在では、ニュートンの絶対空間の概念が否定された為、速度については絶対速度の概念はなく、速度といえば相対速度です。点Aと点Bの速度とは、点Aから見た、点Bの速度、もしくは、点Bからみた点Aの速度です。どちらを基準にとっても結構ですが、速度といった場合その方向を含むベクトルであらわされる為、基準が点AかBかで符号は逆になります。がそれはさしてここでは重要では無く、そのスカラー（速さ）を指して、「光速以上の速さ」としました。Ｃ点とは、Ａ点とＢ点を直線で結んだその線上のちょうど中間点のことです。基準点をＡ、Ｂ、Ｃどれかにおいて、考えてもらうと、私の前回の説明が理解できると思います。ですから、ビックバンの中心（それが何を示しているのか僕には分かりませんが）は、この場合、関係ないです。 ・グラビトンは未だ実際に観測はされていないようですが、僕も貴方と同意見です。 ・空間が無いのに場は存在するわけ有りません。貴方の言うとおりだと思います。 ・ 貴方が誤解されていると思う点について、指摘だけさせて頂きます。（飽くまで指摘だけです。） 銀河系は宇宙の端っこでは有りません。 以上です、負け犬の遠吼えのような、かなり投げやりな発言になってますが、事実その通りです（笑） 気力があれば、また、出現します。さようなら。
- wingland
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私たちの間では、どうも議論がかみ合っていないように思います。私の語彙不足と下手な表現の為か、貴方に主旨が伝わっておらず。私も貴方の話されている内容が明確に把握出来ません。このまま返答してもとんちんかんな返答になりそうですので立場が逆転して恐縮なのですが、質問をお許し下さい。 ・ 貴方が宇宙空間中の物質の速度を定義しているのは、何か仮の基準点（宇宙の中心？のことですか？、それとも任意の点例えば地球かな？）を設定し、そこからの相対速度をもってその物質の速度とされているのでしょうか？ ・ 重力場については、その基準点からのみ宇宙空間内の物質に放射？されていると考えておられるのでしょうか？
補足
多分自分が特殊相対論を理解できていないからだと 思います。 基準点に関してはビックバンの中心と思っていまし た。インフレーション理論を持ち出したり、その時超 光速度であったと言う説明があったものですから。 何に対しての速度なのか教えて下さい。 場は各物質が持っていることはわかってます。重力 場に関しても仮想粒子グラビトンを放出していると思 ってますがちがうのですか？ 空間が無いのに場が存在するということはありませ んよね。初期にもうすでに場が拡がっていたという可 能性はありませんよね？
- wingland
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仰られる通りです。 光速以上で離れる物質同士に万有引力は働かないでしょう。 但し、万有引力によって宇宙膨張スピードは減少することは、確かだと思います。 それではこうかんがえるのはどうでしょう。 宇宙が均等に膨張しているとして、ある２点ＡとＢが光速を越えたスピードで離れている。この場合は確かに２点間では万有引力は働きません。しかしＡ点とＢ点の中間のＣ点はどうでしょうか？ 宇宙が均等に膨張しておれば、A点とB点の離れるスピードの半分のスピードでA点とｃ点及び、C点とB点は離れることになりますよね。 こう考えてみると、 宇宙が光速以上で膨張しているといった場合に、そこに内包される全ての物質がそれぞれ光速以上で離れるわけではないわけですよね？そうしたお互いに近距離の光速以下のスピードで離れる物質同士には、引力は働くわけです。 それから、ローレンツ収縮は異なる慣性系同士がお互いを見るとサイズが縮んでいるという話で、ここの議論とは、また違うんじゃないかな？
補足
特殊相対論はまだあまり知らないのでなんとも言えない のですが、場は真空を媒質とするので伝達速度はそれぞ れの物質の速度には依存しないと思います。 やはり、点Ｃからでさえも点Ａ、点Ｂには重力場は届か ないと思います。ＡとＢの速度のベクトルが逆ならば明 らかですし、ほぼ似たようなベクトルであったとしても 場が到達した時にはそこはもうすでに通り過ぎた後、と いうことになります。 少し気になったのですが基準点が曖昧な気がいたしま す。何処からの速度が光速以下なのか、点Ａ、Ｂのベク トルもどう考えて良いのかわかりませんし、位置関係も どうなっているのでしょうか。 特殊相対論で速度の足し算はできないと聞いたことが ありますがどう使ってよいのでしょうか。これをどう使 うかによっては点Ｃからの場も到達する可能性もあると は思いますけど。
- wingland
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質問についてです。 「宇宙の膨張スピードが初期は光速を超えていて、現在は遅くなっているということであっていますか？」 ＞合ってると思います。 「もしそうだとしたら遅くなった原因を教えて欲しいのですけれど。」 ＞（？hatobouさん自身、以前、ビッククランチに言及されてときに万有引力のことを、お話されていたと思いましたが？） 宇宙の膨張はビックバン時の勢いや、空間の相変化によるインフレーション時の勢いで膨張していると言われます。僕も何のことか良く解からんのですが、「いきおい」、言い換えれば、慣性力で膨張しているということです。それに対して、宇宙中の物質に働く引力「万有引力」が、ブレーキをかけつづけているのです。その為に、膨張は減速されていきます。 「何となくなので確証はありませんけど空間の膨張による２点間の距離の離れるスピードは光速は超えないと思います。それが特殊相対性理論ではありませんでしたっけ。」 ＞速度とは、ある空間に対して、早い遅いを云々するわけです。相対性理論では、そのスピードがどんな物質も光速を越えられないとしているのですよね。この話の場合その基準たる空間自体が膨張しているわけで、その空間膨張スピードには相対性理論は適応できない・・と考えられませんか？ あれ、おかしいな、宇宙の減速については通常の物理法則で説明しているから、整合性が無いですね。ちょっとよく解かりません。相対性理論に詳しい方にご登場願えれば助かるのですが
補足
グラビトンでしたっけ？重力の媒介粒子が光の速度よりも 速いとは思えませんし、そんな実験結果も出てはいないと 思います。 ですから万有引力によって超光速度が遅くなるなんてこと はありえません。引力が届かないのです。 もう一つのは確か「ローレンツ収縮」と呼ばれている現象 ではありませんか？
- wingland
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私の、理解している範囲で補足説明をさせていただきます。 宇宙に中心が無いということはこれまでの皆様の回答でご理解頂けたこととお察し致します。 まだ疑問を感じられている点についての説明です。 先ず、宇宙の膨張は宇宙空間自体が膨張しており、光はその膨張している最中の空間を進んでおるのです。 以前の質問に有りました「１３０億年先の天体が見えると言うことは１３０億年前は地球とその天体までは１３０億年離れていたという事になりますか？ それとも、何か別な影響でそう見えることになりま すか？」との質問ですが、130億年前はもっと全然近くにわれわれの地球とその天体は位置しておったということです。しかし、宇宙の膨張スピードがあまりに大きすぎるため（宇宙の初期には光速を越えていた、この時期を宇宙のインフレーションという）光が追いつけなかったのです。 先のクエーサーは地球（我々の場所）ともっと近い位置にいたので、本来ならば、当然すぐにその姿が地球に届いても良いものなのですが、宇宙が膨張している為に、まるで、逆走するベルトコンベア―の上を走るねずみのように、やっとのことで130億年かかって地球まで光が届いたのです。 ですので、130億年前にはそのクエーサーと地球は130億光年離れていたわけではありません。 確実にいえることは１３０億年前には今我々が見ている姿をしたクエーサーが存在したということです。 補足ですが、空間自体の膨張による２点間の距離の離れるスピードが光速をこえることは、相対性理論には反していないらしいです。 ＰＳ・僕の読んだ本で判りやすかったのは、「人間は宇宙をどこまで理解できるか」というブルーバックスの本です
補足
解らない点がいくつかあるので教えて欲しいのですが。 まず、宇宙の膨張スピードが初期は光速を超えていて 、現在は遅くなっているということであっていますか？ もしそうだとしたら遅くなった原因を教えて欲しい のですけれど。 何となくなので確証はありませんけど空間の膨張に よる２点間の距離の離れるスピードは光速は超えない と思います。それが特殊相対性理論ではありませんで したっけ。 でも、「膨張」しているのだから慣性運動にはあては まらないのでしょうか？
- taka41
- ベストアンサー率27% (3/11)
相対論はほとんど勉強しなかったので幾何的類推で以下のように考えてました。 「風船の話」は3D空間での話ですよね。3D空間に膨張する(2次元)球が存在する。 今の場合3次元"球"なのでその表現には4D空間が必要。 3Dからの残りの1次元は何か。それは膨張に伴って増加するパラメータの次元。 ちゅうことは時間？？ということで、4D空間(時空)で膨張する 3D球の幾何的中心は、4D空間におけるビッグバンの瞬間の時空かな、 と思ってました。 こう考えると、ビッグクランチが起こるためには時間の進む向きが 反対向きになるし。などと考えていました。 ただしこの時、別の点から広がった別の宇宙とそのうち交わるはずで、 その交わりは幾何的類推から(2次元)球になるはず・・・？ などなど簡単な数学とブルーバックスの知識でそこはかとなく考えてました。 こういうのじゃダメっすかね？
補足
ごめんなさい。よくわからないのですが。 もうちょっとわかりやすくお願いします。 すいません。 時間が膨張に伴って増加するパラメーターなのですか？ ビッククランチは引力によるエネルギーが膨張するエ ネルギーよりも大きい時に起こる物ではありませんで したっけ？ なんだかよくわからなくなってしまいました。
- nuts
- ベストアンサー率36% (141/389)
半径の件についてはこちらが誤読してましたね。すみません。 あと、「年」と「光年」の単位を混同しないようにお願いできますか。 ビッグバン理論では、初期の宇宙は点（とみなせる大きさ）から始まったとされます。最初からある程度の体積があったという考え方は、準定常宇宙論と呼ばれます。ただし、いずれの理論も宇宙が膨張しているという観測結果自体は否定していないので、以下の説明は通用します。 そもそもの質問ですが、仮に宇宙の中心が存在するとしたら、我々の銀河系はその端にあると考えるのが自然です。何億×何億×何億×……という銀河の中で、この銀河がたった一つの選ばれた地位を占めている確率を考えてみてください。 ところが見かけ上、すべての銀河やクェーサーは、角度はそのままで、距離に比例して同じように、我々の銀河系から遠ざかっていきます。これは、ゴム風船のゴムが膨張するように、宇宙の空間自体が膨張しているのだと考えれば説明がつきます。ゴム風船が膨らんでいくようすを、じっくりイメージして（あるいは実際に試して）みてください。 ここから逆に、宇宙の中心という概念はありえない、少なくとも、我々からはどこが中心だとは判断できないということになります。 「130億光年先に見えるもの」は、光が130億年かけて地球に届いたということで、130億年前の姿が見えているのだと考えることができます。宇宙の膨張がなかったと考えれば、そのころから130億光年先にそのクェーサーが存在していたということで、話は簡単なんですが……。 このへんの説明をしていくうち、わたしにもよくわからなくなってきました。天文学ではすでにきちんとした理論が立てられているはずなので、もう一度調べて、あらためて回答するようにします。あるいは、他の専門的知識をお持ちの方が回答してくださるのを待つべきか……。 クェーサーについては、繰り返しますが正体不明なので、ものすごい重力の塊であるために赤方偏移が現れるのではないかという説はあります。これは準定常宇宙論で言われていることで、hatobouさんの疑念に近いと思います。しかしもしそうだとすると、銀河系が丸ごとブラックホールになっても足りないほどの重力が働いていることになるので、ちょっと考えにくいようです。 赤方偏移の基準は、比較的近くの星雲です。ケフェウス型変光星による距離測定法で距離が判っている星雲の赤方偏移を観測し、それを基準にしていたと思います。
お礼
光年と年の単位の間違いは大変失礼いたしました。 空間が全て均等に膨張するために中心が解らない ということであっていますか？ もうちょっと時間をかけて理解したいと思います。 でもそうなると大昔の天体の位置が変になると思 います。ローレンツ収縮のような感じで空間が変 化しているのでしょうか？ 物差しが３次元で変化するような複雑な現象が起 こっているのでしょうか？ しばらく残しておきますので答えが出たらでよい ので教えてください。
deagleです。 俺が読んだのは、そう高度な本じゃないんですが、「四次元問答」という本です。 出版社なんかは忘れてしまいましたが(^_^;
お礼
何か見たことのある題です。近くの図書館 へでも行って探してみます。
- nuts
- ベストアンサー率36% (141/389)
うーん。どう説明すればいいのか……。 風船のたとえの件ですが、これは本当にたとえなのだと思ってください。本当は三次元空間の話をしたいのですがそのイメージが掴みづらいため、風船の表面という二次元平面にたとえているのです。 あらためて、風船の表面を考えてください。一つの印から見ると他の印は、すべて同じように遠ざかっていきます。そのとき、その印は「自分が風船の中心だ」と思うかもしれません。ですが他の印を基準にとれば、それぞれまったく同じことがいえるのです。だから、風船の表面に中心はないと言えるわけです。 次に、宇宙の半径が150億光年であることについて。これは、「我々の銀河から見ると150億年ぶんしか光が届かない」という意味です。しかし「これが宇宙のすべてだ」とされていたのは古い理論で、現在は「宇宙全体はもっと広いのではないか」と考える理論が主流になっています。この「見える範囲の宇宙」では、我々の銀河がほぼ中心にあります。古い理論では、その点が謎とされていました。 霧の中にいると想像してください。視界150m、つまりあなたは150m先までしか見通せません。生まれたときからずっとその状態でその場所から動かなかったら、あなたは半径150mの範囲が世界のすべてだと思うかもしれませんよね。そして、自分のいる場所が世界の中心なのだと。でもそれは、150m先までしか見えない霧のせいなのです。
補足
＞宇宙の半径が150億光年であることについて 言葉足らずですいません。そういうことではなくて 初期の宇宙が点で始まったのか、それともかなり大 きな体積を持って始まったのかという事でした。 追加の質問になりますけど、１３０億年先の天体が 見えると言うことは１３０億年前は地球とその天体 までは１３０億年離れていたという事になりますか？ それとも、何か別な影響でそう見えることになりま すか？ 赤方変移はスペクトルのずれから観測されるようで すけど、その基準になる天体とはそれぞれ何でしょ うか？
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補足
一般相対論はわかりませんので特殊相対論で考えたのですけど Ｃから出た重力は届くのですね。ただ当てずっぽうな計算なの で正しいのかは知りませんが。 重力で宇宙の膨張が減速しあるエネルギーを境に拡がり続ける というのと元に戻るという話は知っています。ただ光速以上で 拡がるというのは初耳でしたし、光速以上という事も許される のかというものも疑問でした。 ここで相対速度を用いるのではなく点Ａを基準とする座標系と 点Ｃを基準とする座標系の二つに分けて説明されて、特殊相対 性理論での速度の計算及び一般相対性理論について教えていた だけたならば解ったのかも知れません。 重力以外の減速の方法があるのかと思ってました。