宇宙は無限？

Question

宇宙は何処まで続いているのでしょうか？
膨張説のビックバンからすると、何処までも続かず
限りがあるように捉える事も出来ますが、そうなると
限りの向こう側はどうなってるのでしょう。

　以上の点、現時点でどのような説が有力になっているか
ご存知の方いましたら、ご返事ください。

aster · Accepted Answer

現代の宇宙論の理論ヴァリエーションは、すでに先の人の参照ＵＲＬにあると思います。ここでは理論的な整理を試みます。

宇宙は、アインシュタインの特殊相対性理論以来、「時空宇宙」ということになります。時間と空間が独立してあるのではなく、時空という一つの連続体を造っているという考えです。

モデルとして、「わたしたちの時空宇宙」は、距離・空間の見地から、有限の大きさか、無限の大きさかという二つの可能性があります。ビグバン理論では、膨張途上にあり、遙かな未来には、あるいは「無限」になるかも知れませんが、現時点では、有限だと考えられます。しかし、ビッグバン宇宙論が、どこまで正しいのか、まだまだ未知なことがたくさんあります。

次に、特殊相対性理論や一般相対性理論は、宇宙を「空間次元３＋時間次元１」の４次元宇宙としました。「空間の歪み」は、モデル的には、空間の第四の次元で「曲がっている」ということになりますが、実際に、第四の空間次元があるかどうかというと、これは考えられていなかったはずです。

しかし、重力＋電磁力も一緒にして、相対性理論を拡張した理論を造ろうとする試みがあり、このなかのカルツァ・クラインの統一場理論という理論は、空間の次元が３よりも大きい理論でした。現在の超弦理論は、このカルツァ・クライン理論の延長にあるとも言えます。

つまり、宇宙は４次元の時空なのか、次元的にもっとたくさんの次元空間に広がっているという考えが出てきたのです。３次元以外の空間次元は、超弦理論でも、「縮退」して、日常的には、薄すぎて存在が分からないことになりますが、薄くない場合も理論的には考えられます。

すると、この時空宇宙の次元は例えば１２次元とか１０次元だとしても、宇宙全体は、百次元だとか、一億次元だとか、そういう可能性もあるのです。この「次元」は、自由度の次元ではなく、空間の３次元と同資格の「空間次元」の広がりのことです。

更に、わたしたちの時空宇宙以外にも、別のたくさんの時空宇宙が存在するというモデルもあります（ホーキングはそういう宇宙論を主張しました）。それは、あるいは５２次元の空間に、１千京の１千京個の高次元や低次元の時空があるというモデルかも知れません（目下、そんな理論はないと思いますが）。

更に、時空宇宙の階層構造が、時間と空間の両方でも、考えることができます。多数の時空宇宙が存在している、総合宇宙のような宇宙が、他にも、どういう「別の存在様式」か分かりませんが、また無数にあり、そのような総合宇宙がまた無限に並列してあり……と、どこまで宇宙の階層次数が上がって行って限りがない可能性もありえます。

そこで、質問に対する回答ですが、時空宇宙が、距離的空間的に「有限」であった場合、宇宙の大きさには「限り」があります。しかし、「限りの向こう」というものはありません。

「有限」の場合は、普通、「空間が閉じています」。比喩的に、球面を考えて、この球面のなかで、どう進んでも、球面の外に出られないというような説明があります。この場合は、三次元の空間のなかの球である訳で、現に、わたしたちは、球面以外にも空間が広がっていることを知っています。

しかし、宇宙が「有限」で「閉じていた」場合、その「外はない」のです。どこまでもまっすぐに進んで行くと、また元の所に戻ってしまうような構造になっていれば（これが「閉じている」ということですが）、どんどん限りなく進んで行けばどうなるのか、という問いに対する答えは出ています。「元の場所に戻る」のです。

これだけでは分かりにくいので、別の説明をしますと、現在の物理学では、空間は無限に分割できる訳ではなく、「最小の単位」があるようだという見通しになっています。この最小の単位があるということは、このような空間点を、「素空間点」でも呼ぶと、宇宙は、有限の素空間点からできていることになります。

物体が運動するというのは、素空間点が造っている「局所的空間」を移動しているということになります。しかし、宇宙が有限で、素空間点の数も有限なら、どういう運動をしても、この有限の素空間点の外には出られないことになりますし、「果て」という概念も成り立ちません。

宇宙が「有限」であるというと、どんどん進んで行けば、「果て・限り」に達するはずだと、常識ではそう思えるのですが、「端」とか「果て」とか「限り」がない形に空間が構成されている場合、どこまでも進むと、元に戻って来るか、または、有限の空間のなかで、ぐるぐる回ることになり、「果て」には達しません。

宇宙が「無限」の場合は、当然、「果て」はありません。

現代の天文学では、宇宙は「無限」とするモデルの方が有力だと思えます。超弦理論で、時間や空間の最小単位のごときものが垣間見えたのですが、「大きい方」については、上限があるのないのか、「限りなくある」と考えた方が、合理的に思えます。

宇宙物理学者たちは、モデル的に、限りなく空間の広がりがあると考えた方が、合理的だと考えているはずです（宇宙が有限だという明確な根拠がなく、逆に、人間が研究すればするほど、宇宙のスケールが大きくなって来ています）。

nyozegamon · Answer

下記URLをご参照してください。

参考URL：http://www.hitachi-hitec.com/sapiens/014/ajsa0145.html

yumesawa · Answer

過去にも同類の興味深い質問がございましたので、ご参考いただけたら幸いです。

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=210228
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=249617
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=35490
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=32222

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=81799

abichan · Answer

以下はわたしの考えです。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。 

＞宇宙は何処まで続いているのでしょうか？

　命題自体が「宇宙」に馴染まないと思います。

　わたしは閉じた宇宙を想像しています。どこまで続いているかとの問いにあえて回答すれば「無限・有限」「果て」の概念が宇宙に馴染まない。「限りの向こう」ですか。われわれ人類には認識できないでしょう。但し、後に述べる「階層性」的思考で認識できないことを「想像」は出来ます。 

　宇宙にわたし達が考えるところの「果て」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「端」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「果て」とか「端」「中心」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考えであり哲学的・物理学的・天文学的にわたしには検証できません。 

　「アドバイス」なんてとんでもない！　単なる自己満足です・・・

宇宙は無限？

下記URLをご参照してください。

過去にも同類の興味深い質問がございましたので、ご参考いただけたら幸いです。

以下はわたしの考えです。

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