宇宙の広さと年齢

質問

以下の点については凡そ認められていると認識しています。
●宇宙の年齢は137億年。
●宇宙の広さについて、半径は460億光年。
●宇宙は今も膨張を加速しつつあり、地球から見たその端の膨張速度は高速の2.5倍。
●３次元宇宙が閉じているので、宇宙の端までの間に反対側が入っていると言う事は理論的には考えられるが、実際には460億光年のまだ先まで空間が存在し「反転」する事は無い。

従って、次の様な疑問が生じます。

●ビックバン当時の最古の宇宙は137億光年先に在る筈だが、その先の300億光年の距離空間には何も見えていない筈なので、何故その数字や膨張速度までが判るのか。
●137億光年×2.5は342億光年で460億光年より短いので、宇宙の膨張速度は光速の2.5倍より大きな時があったのではないか。

以上、算数的な疑問ではありますが、判る方教えて頂けませんか。

回答No.4

jelfe · ベストアンサー

質問:1
まず、認識が少し違います。
観測可能な範囲が「現時点」での460億光年で、その到達距離が137億光年で「当時の」距離が4200万光年です。
現時点の観測範囲外の広さは論によって異なりますが、どれも700億光年以上を取ってたと記憶してます。
最大の論でも1200億光年だった気がしますが、ちょっと記憶があやふやです。

どう割り出すかを大雑把に言うと
まず電磁波の周波数から見える範囲の膨張率(膨張速度)が求められます。
膨張率が求められると、観測範囲外も同じ膨張率と仮定した場合、全体の大きさが求められます。

質問2
光速と宇宙の膨張は、直接は比べられません。
宇宙の膨張は、通常使うような位置と言う概念を使えないんです。
(速度は 時間と位置(距離)が明確になってないと出せない)。
だから光速と膨張速度を比べる事はできません。

あえて言うなら、空間はエネルギー(光含む)や物質に左右されずに広がっています。
もしくは、エネルギーと物質は縮小しています。
空間が何かはまだ判明してません。

その上で算定するなら、宇宙の晴れ上がりの直後は光速の60倍の速度です。
(一応正しい言い回しをすると、60倍で物質が離れる速度であり、60倍で膨張したわけではない。
比べる事はできない。膨張率だと出せる)。

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イメージがつかみにくいなら、新幹線と線路を想像してください。
新幹線は走ってますが、線路はどんどん引き伸ばされます。
どこかに線路が継ぎ足されたのではなく、飴細工のように縦ににゅーっと伸びて行きます。
だからどこが伸びたとか、中心や端とかはありません。
線路は垂線ではなく直線と考えれば良いでしょう。(直線は過程上無限の長さ)

新幹線は走るのに時間を使いますので、近くだとたいして線路は伸びません。
遠くなら時間をたくさん使いますので、到達予定時刻に被害を及ぼします。

でも遠くだから線路が延びるのが速くなってるとかではなくて、
線路は全部均一に引き伸ばされています。
だから、近くの物はあまり速い速度で遠くに行きませんが、
遠くの物はより速く遠くに行きます。
でも膨張率はどの場所も一定です。

だから、光と比べて膨張が速いとか、何倍の速度であるとか、
そうゆうのは求められません。

ようは、137億年前に4200万光年の先の駅から出発した新幹線は、
線路(駅の位置含む)がどんどん飴細工のように伸ばされたせいで、到達に137億年かかったってことです。
それの駅は現時点だとおそらく460億年先にあるだろうと言うことです。

なお、今また駅を出発しても新幹線の速度(光速)では もう絶対たどり着けない範囲にあります。
ただし、宇宙の膨張率は年代によって違うので、もし突然膨張が止まれば新幹線はどこでも行けます。

お礼

ありがとうございました。

137億年と460億年についてはクリアーになりましたし、澄み上がり当時に4200万光年先より外側（太陽系から見て）については、観測できないがさらにその外側に現在はあると言う事ですね。

137×2.5<460 については、現在は2.5は大きくなりつつあるが、過去はもっと大きな時期があるので、矛盾はしないと言う事なのでしょうが、膨張が減速して加速している事については、その根本原理がまだ議論の内（昔はダークマターの重力による減速で、何れ空間が縮まり出すと言う説もあったような）に留まると言う状況なのでしょうか。

どうしても空間の膨張と言うイメージが３次元的にしか出来ないので、完全にクリアーとまでは行きませんが、納得できました。

回答No.7

中村 拓男（@tknakamuri）

参考まで

「宇宙図」
http://www.nao.ac.jp/study/uchuzu/

お礼

ありがとうございます。

図になるとわかりやすいですね。

回答No.6

nananotanu

>現在465億年のかなたの光源から、137億年かけて来たというところが

137億年前に光を発した点が、今では465億光年の位置まで移動しちゃっている、というだけですよ？
465億光年離れたところ『からの』光を見ているわけじゃない。

お礼

ご指摘ありがとうございました。

現在は465億光年離れている光源からの光と言う意味で書いたのですが・・・。

計算が合わないと書いたのは、現在の空間膨張速度が光速の2.5倍で加速中と言う事で、137×2.5より大きくなると合わないのではとの疑問でした。
これは過去に光速の60倍で膨張していたとの話があったので、納得しています。

回答No.5

jelfe

ちょっと回答の補足。
観測可能な範囲が460億光年と言うのは、膨張の問題で光が届かなかったのではなく、
宇宙がまだ晴れ上がっていなかったので、そこまでしか観測出来ないと言うことです。
もし晴れ上がっていたら、ギリギリもうちょっと先まで見ることができて、465億光年です。

お礼

重ね重ねありがとうございました。

5億年の差は、腫れ上がりの期間と光速の60倍の空間距離の拡大の結果と言う訳ですね。

回答No.3

simanagasi

確かに難しくてわかりづらいですよね。
まず宇宙が137億年歳だから半径も137億光年だという誤解がある。
光速を越えるスピードで光が半径470億先に移動したのではなく（光速を越えて移動しては理論がすべて破綻します。）スペースというか空間が光速を越えて膨張したということですよね。
4000万光年の距離の宇宙を137億年かけて光が到達する間に、空間が広がり470億光年の距離の宇宙になってしまったという事ですか。
簡単に説明しようとしてしまいました。・・・たぶんそうだと。

お礼

おっしゃる通りの事で、計算が合わないなと感じてしまった訳です。
現在の空間が光速の2.5倍の速さで膨張しており、それは加速しているという事ですが、減速しているなら計算が合うのですが・・。

回答No.2

chie65536（@chie65535）

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99
より抜粋。

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4200万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465億光年かなたにあり、光は137億年かけて137億光年の道のりを旅してきた、ということである。わずか4200万光年の距離を光が進むのに137億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。

お礼

なるほど、ビックバン直後の宇宙の広さは半径4200万光年だった訳ですね、ありがとうございました。
ただ、現在465億年のかなたの光源から、137億年かけて来たというところが、計算が合わないというのが質問の趣旨なのですが・・・。

回答No.1

pasocom

簡単ですね。
「宇宙の広さについて、半径は460億光年。」
これが間違ってます。
この数字が「凡そ認められている」ということはありません。
一般的な説では
「宇宙の広さについて、半径は137億光年。」
「宇宙は今も膨張を加速しつつあり、地球から見たその端の膨張速度は光速。」
「３次元宇宙が閉じているか、開いているかはまだ不明。」
ってとこです。
ついでにいえば
「光速よりも速い速度はない。」というのも一般的な説です。

お礼

早速の回答ありがとうございました。

ただ、私もニュートンを読むまでは半径は137億光年と思っていたのですが、そうではないという記事があっての質問でした。
また空間の膨張はアインシュタインの法則に縛られないとの記述もあったかと・・・。