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宇宙の広さや膨張および位置関係でよく用いられる風船の話やその他の理解
- 宇宙の広さや膨張および位置関係には、風船の例えがよく使われます。宇宙は果てがなく、膨張し続けています。
- 私たちが認識できる宇宙は限られており、実際の宇宙は超光速で膨張しているため、物理的に把握することはできません。
- したがって、宇宙の起源や初期の状態についてはまだ解明されていない部分もありますが、現在の宇宙の温度は3Kであり、さらに冷えていく可能性があります。
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宇宙についての「よくある誤解」というのがあります。そのうち３つだけ以下にあげます。 その１．「ビッグバンによって宇宙の膨張がはじまった」 これのどこが違うかというと、第一に宇宙は素粒子よりも小さいが無限に小さい１点ではなくある程度の広がりのあるところから始まりました。 そして、誕生直後フラストレーション（笑）ではなくて「インフレーション」で光速を超える急激な膨張のあと（ＮＨＫの拳大）、ビッグバンが起こった。 と、考えられています。 そのときは、まだ物質は存在せず灼熱のプラズマのような状態で光さえ真っ直ぐに進めませんでした。 物質は無くても宇宙は宇宙です、もう始まっています。 ３０万年後に宇宙は晴れ上がり、初の物質で水素とヘリウムが生まれます。 その２．「遠方の銀河は、地球から遠ざかる方向に運動している」 エドウィン・ハッブルは当初そう考えたのです。というか、赤方偏移をドップラー効果の結果としてそう考えました。 しかし、ドップラー効果は確かにあるのですが、むしろ空間がのびて波長がのびたと考えられるようになりました。 宇宙の背景放射の波長はこれからも空間の膨張にともなって更にのびます。 空間が無限ののびきったら絶対零度に近づきますが、原子さえバラバラに引きちぎられる宇宙の最後を「ビッグリップ」といいます。 でも、そうなるかどうかわかりません。 逆に、将来収縮に転じて宇宙誕生直後のように小さくなって宇宙全体がブラックホールのようになる「ビッグクランチ」になるか？ じつは、まだわかっていません。 その３．「地球から観測できる宇宙の距離は１３７億光年だ」 どなたか書かれていますが、宇宙が膨張しているためにわれわれが観測できる範囲は約４７０億光年です。 それが宇宙の全部かというと、その先の宇宙の膨張によって光速より速くとおざかる銀河があるはずですが今は観測できません。 しかし、上記後段のように宇宙の膨張が遅くなれば観測できる可能性があります。 もっとも、それを観測するのは人類以外の何者かであろうと思われます。 以上、Newton2009.11およびNewton2008.8の２誌からです。 宇宙の膨張は現在も加速しているのですが、そのエネルギーであるダークエネルギーの正体がまだわかっていません。 だから、宇宙は発散して「ビッグリップ」に至るのか、つぶれて「ビッグクランチ」になるのかわかりません。 アインシュタインは、宇宙全体が重力でつぶれてしまわないのは未知の斥力（引力の反対、反重力とは限らない）があると考えました。 それが「宇宙項」というものであって、後にアインシュタインが「生涯最大の誤り」と認めたものです。 でも、ダークエネルギーは数学的に宇宙項と同じものでした。 アインシュタインも、もう少し強情だったなら「誤り」ではなく「予言」と言い張れたかもしれません。
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- shu_shu_shu
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＞例え話で風船が用いられたのは私たちが風船の１点で生きているという状態であると仮定するならば、そこで活動してる我々は当の風船の形状自体を認識できない状態にあり、その膨張してる空間を宇宙と呼んでいる。 違います。 宇宙の膨張を考える際に、３次元ではイメージしにくいので 次元を１次元落として、風船の"表面"いう２次元で考えているだけです。 丸い風船と宇宙が対応しているわけではありません。 ＞また、我々が認識できる宇宙は１３７億年前までで、実際の宇宙はドップラー効果により観測され、超光速により膨張している。 １３７億年というのは宇宙の年齢の話です。これはＣＭＢ（宇宙マイクロ波背景放射）の観測などによって見積もられています。 http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/current/params/lcdm_sz_lens_wmap7.cfm （WMAPの最新のデータに基づく最もスタンダードなモデルにおける結果。t_0というのが宇宙年齢です。） ＞そして、我々は光速の範囲内でしか観測できないため、実際に超光速で拡大している宇宙は物理的に把握は不可能。 ？ 宇宙年齢と光速が有限であるという理由で、私たちが観測できる宇宙は有限です。 宇宙の歴史がかなり分かっているので（上のリンクの値は宇宙の歴史を決めるパラメータの値です。理論に関してはコチラ http://tmcosmos.org/cosmology/cosmology-web/）、そこから観測可能な宇宙の大きさを計算することが出来ます。 ＞原始宇宙はもともと拳大程度の大きさであったとありました。 宇宙の始まりはまだきちんと分かっていませんが、少なくとも量子レベルの大きさだったはずです。 （ref. http://tmcosmos.org/cosmology/cosmology-web/node43.html） 宇宙が拳大の大きさの大きさの時もあったはずですが、インフレーション（急激な膨張）の最中なので時刻を正確に指定しないといけません。原始宇宙という言葉がいつの宇宙を指しているかが分からないのですが、ある時刻ぴったりの宇宙を意味するとは考えにくいのでその説明はおかしいです。 ＞その後ビッグバン・・・だのという話。では、それは宇宙という概念なのですか？物体は？質量は？エネ ルギーは？ブラックホールにならないのですか？ 宇宙という概念という意味が分かりません・・宇宙は存在するものです。 現在の宇宙論では、 宇宙の始まり→インフレーション→ビッグバン（宇宙再加熱）、粒子生成（高温状態では粒子の生成消滅が活発に行われます）→構造形成 という流れです。 インフレーションに関してはコチラ http://tmcosmos.org/cosmology/cosmology-web/node42.html 文章だけ読んでも、雰囲気は分かると思います。 ＞こっからも冷えていくんですか？最終的に絶対零度になればどうなるのですか？ 冷えていきます。 絶対ゼロ度は粒子が完全に静止した状態ですが、不確定性原理があるので絶対ゼロ度は実現しません。
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ありがとうございます。
- mickeyzz
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宇宙の理論的な大きさはビッグバンで宇宙が誕生後約１３７億光年ですから、宇宙の半径は約１３７億光年になります。 これはハブル・スペース・テレスコープが宇宙の遠い古い星を観測などして発見しました。 ところが、１９９８年頃に、オーストラリア国立大学のブライアン・シュミットが代表する宇宙科学者たちのグループと欧米のカリフォルニア州立大学バークリーのソール・パールミュタ－の率いる二つの対抗するグループが論文をほぼ同時に発表して、宇宙が周辺に近づくほど加速度的に拡大していると言うs新事実を、別々に確認しました。そしてその確認結果はほぼ一致していました。 彼らは、地球から７０－１００億光年離れた銀河のなかでＩａ型超新星の、赤方偏移（ドプラー効果）を地上天文台やハブルから観測して多くの資料をつくりました。そしてそれらの記録を調査した結果、それらの超新星が光速の３倍以上で遠ざかっていることを二組が別々に確認しました。 従って、現在の実際の宇宙の大きさは約４６５億光年から４７０億光年であることが計算されました。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%A6%B3%E6%B8%AC%E5%8F%AF%E8%83%BD%E3%81%AA%E5%AE%87%E5%AE%99 上記のサイトでは現在の実際の宇宙の大きさは半径が約４６５億光年になっています。 http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmology_faq.html#CC 上記のカリフォルニア州立大学ロサンゼルスのサイトでは、現在の実際の宇宙の大きさは 半径が約４７０億光年になっています。 これ等の超高速の、動きは宇宙内に約７４％を占めるダーク・エネルギーの反重力による働きであると言われています。 それにより、我々の宇宙の終末は遠い将来に拡張消散するといわれています。
お礼
ありがとうございます。
- nananotanu
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因みに… アメリカでは(風船ではなく)ぶどうパンが例えに使われます。焼くときに生地から膨らむイメージですね。この方が立体的(表面に縛られていない)で良いと思いません:)？
お礼
ありがとうございます。
- 雪中庵（@psytex）
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時間と空間のダイナミックなつながりを正しく把握しないと、 宇宙の構造を正しく認識できません。 「宇宙の果て」が『果て』なのは、そこが137億年の歴史を持つ 宇宙の、137億光年先＝137億年前の姿だからです。 そこはビッグバン開始時の点であり、実際、強烈な輻射が (光速に近い後退速度で間延びして)観測されています。 その『果て』からこちらを見れば、こちらが137億光年前の、 ビッグバン当時の姿＝果てなのです。 すなわち、宇宙のどの地点においても、必ず観察者を中心に 宇宙年齢光年の半径の宇宙が見えるのです。 その137億光年かなたに見える爆発によって噴き出した宇宙の 一番「端っこ」は、あなたのいる所です。 また、その137億光年向うに立つと、あなたの立っている所が、 137億年前の姿＝「爆発の輻射」の壁の一部に見えるのです。 その「自分を中心とした半径137億光年の球面」は、ビッグバン 開始時の点であり、「ここ」も含まれているのです。 「こっち側」は時間的に収束してますが、「むこう側」は、空間的 に収束し、両端で点に収束していて、そんな葉っぱのような形を 張り合わせて地球儀を作るように、この宇宙も球の表面（ただし 四次元空間における三次元球面）のように果てはないのです。 本来、ビッグバンの慣性で膨張しているのであれば、重力によって 減速して、その「宇宙寿命光年先のビッグバン当時の輻射」は、 晴れ上がってもいいのですが、ずっと見えている不思議に対して、 「加速している」とか「ビッグバン初期に超光速で飛散した」とか、 諸説が唱えられています。 しかし量子論的に考えると、認識によって宇宙が生じる＝自己 （現在／感受／光速）から過去（記憶／時間／超光速）と 未来（予測／空間／光速下）が対発生していると考えれば、 その基底としての時空が広がる（時間経過=空間膨張）のは 当然のことです（また「観察範囲の向うの存在」も無意味）。 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。 全ての存在は、量子的な不確定性に基づいており、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（プランク定数hの収束の時系列化）を想定 すれば、相対的に無の風は光になり、認識体はその光の向うに、 自我仮説の補完としての時空仮説＝宇宙を認識するのです。 しかしその「存在」は、認識される階層的現象の表面的に生じる もの（自我仮説に対する相補）で、根源的に絶対化しようとすると、 元の無限不確定性に発散します（不確定性原理に基づく）。 無（=無限不確定）の潜在としての「自我仮説」と「時空仮説」の相補分化。 即ち「自我仮説」が、宇宙膨張=光速の低下=物体収縮=不確定性(h) の収束における、hの減少の時系列化である時、それが架空の時間軸 となって、空間的確定性としての無限不確定的空間性が、超光速 （過去=経験=時間）と光速下（未来=予測=空間）に相補分化する 受け皿となり、同一軸の延長が仮説的に直交基底をなす事によって、 相補的不確定性を生じ、経験による予測＝現象表面的定性化における、 有限的存在（=非光速）を幻出しているのです。 「何か有るんじゃないの？」という疑問（自我仮説）の相補として 生じた時空仮説に対して、「本当はないんだけどね」という 無の射影として、存在は生じていると言えます。 無いとは分からない事が有なのです。 だから「その外」は、何もなくて当然で（元々無いのだから）、 その形（りんかく）を問う意味もないのです。
お礼
ありがとうございます。
- Mokuzo100nenn
- ベストアンサー率18% (2123/11344)
＞こっからも冷えていくんですか？最終的に絶対零度になればどうなるのですか？ こっからも冷えてゆきます。 ただし、平均温度はあまり問題では無くて、温度が均一化することが問題です。逆に言えば平均温度は既にじゅうぶん冷えすぎで、局部的に”暖を取っている”状態ですよね。 すなわち、南極で平均気温がマイナス30℃でも昭和基地の中はプラス25℃でホカホカ快適というのと同じで、宇宙の平均温度が2.7°Kから2.6°Kに下がっても、局部的な恒星系は表面温度が6000℃だったり、その周辺コロナが100万℃だったりと熱い領域があります。この熱い領域が無くなって行く、つれて熱い領域から適当な距離離れているハビタブルゾーンも無くなって行くのが問題ですね。しかし、残念ながら長い時間をかけて宇宙の温度は均一化の方向へ向かってゆきます。 人間の活動を放っておくと貧富の格差が拡大するのとちょうど逆で自然界は格差=0に向かってゆくんですね。 宇宙が膨張しているので、同じエネルギ量であれば最終的には平均温度が下がり続けます。極限は絶対零度ですが、それは漸近線問題となり実際は絶対零度にはならずに限りなく絶対零度に近づいてゆくだけです。 宇宙の死の判定は難しくて、段々死につつあってもどの時点で死亡判定するのかは決めごとですよね。
お礼
ありがとうございます。
- debukuro
- ベストアンサー率19% (3634/18947)
１３７億光年と言われているのは最も支持者が多い説によるとそうだと言うだけのことです そこから先は超光速で遠ざかっているという意味ではありません私たちから見るとそこから先は光速度で遠ざかっているという意味です なぜかと言うと光速度を越える運動はあり得ないという相対論の大前提がによるからです 私たちの経験からは考えられないような話ですが相対性理論によると Ａ，Ｂ二台の電車がある点Ｏから互いに反対方向に光速度で遠ざかります Ｏから見るとＡＢ共に光速度で遠ざかっていますがＡから見るとＢＯ共に同じ方向に光速度で遠ざかっているのです 私たちの経験ではＢは光速度の二倍の速さで遠ざかるはずです こういう不可解な点が相対論の難解で興味深いところですね 温度がどこまで下がるかと言うと－２７３℃が限度だそうです どうしても取り去ることが出来ない物質の熱量で絶対温度が０．１６度高くなっているそうです ですから絶対零度は－２７３，１６℃と定義されています 研究が進めば定義も変わるでしょうね 科学というのは今一番矛盾なく説明できる説を正しいと認めているに過ぎません
お礼
ありがとうございます。
- gamajah
- ベストアンサー率18% (27/143)
相対性理論では、「超」光速はありえないことになっていたと思いますが・・・。 それにしても楽しい内容の質問です。 いろいろ詳しく回答申し上げたいところですが、あいにく私もあなたと同等かそれ以下の知識しか持ち合わせませんので、何もまともに答えられません。 ただ、似たようなことを考えることが時々あるので、ご質問を見てリアクションせずにはいられなかったんです。 実際、宇宙ってワカラナイ事の方がまだまだ圧倒的に多いんでしょうね。 あ、それから、ビッグバンという爆発的な膨張の前には、「フラストレーション」という状態があったらしいですよ。
お礼
ありがとうございます。
お礼
ありがとうございます。