宇宙に果てって無いんですか？

Question

宇宙に果てって無いんですか？ 
先日会社で先輩が宇宙の話しを楽しそうに話してました。私は全く知識がありませんので輪に入れませんでしたが、凄く楽しそうに話すので宇宙の本を購入して読んでみました。        しかし全くの無知なとこれにきていきなり難しい内容なので理解できません。   それで、疑問に思った事を少し質問させて下さい。 宇宙に始まりがあるなら終わり(果てのような)があるのか。                 膨張してるとはどういう現象か。
またその現象は私達の世界でも起こるのか。
くだらない事かもしれませんが、簡単に解りやすく教えて下さい。

Kunfu · Accepted Answer

われわれの宇宙には中心もなければ、果てもないと考えられています。
No.２の方が示された佐藤勝彦教授の資料は難しいので別のわかりやすいサイトをご紹介しましょう。

国立科学博物館　宇宙の質問箱　宇宙には果ても中心もない
http://www.kahaku.go.jp/exhibitions/vm/resource/tenmon/space/theory/theory03.html

われわれが観測できる範囲は、半径４７０億光年とされています。
多くの人が宇宙の年齢が１３７億年であることから、宇宙の半径は１３７億光年と誤解されています。
しかし、宇宙はいまだ膨張し続けているので距離でいうと４７０億光年が観測できる範囲です。

その先にも宇宙は広がっているのですが、そこは観測できないのです。
宇宙は膨張しているからといって、太陽系もどんどん惑星が太陽から離れることはありません。
その点はNo.２の方が述べられているとおりです。
ただ、月は地球から少しずつ離れていますが、その原因はハッキリしています。
月と地球の潮汐力による摩擦で地球の自転にブレーキがかかり、その分が月の位置エネルギーに置き換わって離れているのです。
月は過去十億年の間に１０万km遠ざかったと言われています。
さらにもっと前の月ができたばかりの頃の地球の自転周期つまり１日は５時間でした。

もう一つの誤解は、宇宙はビッグバンから始まったということです。
宇宙が誕生したときの大きさは素粒子並みで、それがインフレーションで光速を超える速さで空間が拡大します。
そのインフレーションがおさまったときビッグバンが起こったと考えられています。

宇宙の膨張とは、空間のなかで何かが爆発したのではなく空間そのものが爆発的に広がっているのです。
風船のアナロジーが示すとおり、風船の表面が空間とするのならどこまで行っても端はありません。
有限ではあるが、端もなければ中心もないというのが宇宙です。

その膨張するエネルギーというのがダークエネルギーです。
宇宙の成分のうち７２．１％が未知のエネルギーであるダークエネルギーと考えられています。
ダークエネルギーは宇宙を膨張させる反発力（斥力）です。
逆に普通の物質とは、ほとんど相互作用を持たないが大きな質量があるダークマターというものが２３．３％あります。
ダークマターは宇宙を膨張させるエネルギーではありません。
そして、われわれが観測している普通の物質は４．６％しかありません。
ダークマターとダークエネルギーもごっちゃに誤解している方が多いです。

star01 · Answer

まず、宇宙に果てが有るか無いかを信じるのはあなたの自由

あなたがあると思うなら有ります。

しかし、現時点では、調べる手段がありません。科学は論理的に物事を処理するので、証明されていなければ、無いと言わざるを得ません。

よく『宇宙には果てがない』と言われているのは、この宇宙が3次元球面と考えられているからです。
超球面とも呼ばれますが、それは、3次元の空間がそれぞれの方向に曲がり閉じている空間です。
よく、地球の表面で例えられます。
つまり、宇宙空間を永遠に直進すると、最終的には出発地点に戻ることを意味しています。

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宇宙はどこまで空間が広がってるのか？　それはおかしい、どこかに果てがあるはずだ！でも、その果ての向こう側は？　やはり、永遠に空間が広がっているのか？？
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結局、考えて考えてもきりがありません。
このような疑問を解決するために生まれた発想ですが、現在の観測技術では宇宙の曲率は0となっています。つまり、空間が平坦でどこまでも続いているように思われます。

しかし、人間の観測範囲が宇宙のごく一部で、宇宙のスケールがあまりに巨大すぎるため、曲がっているのに気付かない可能性はあります。

ほんの僅かでも、宇宙の曲率が観測できれば、『宇宙に果ては無い』と言えるでしょう。

宇宙が膨張しているのは、特定の地点を中心に広がっているわけでなく、閉じた3次元の空間が広がっているという意味です。

よく、膨らむ風船の　”表面”　で例えることができます。
実際には、理解しやすく 次元を一つ下げて説明しているわけですが、
このとき、風船の表面(2次元)が我々の認識している3次元世界と思ってください。
そして、風船の中心方向から外側へ移動する動きは、時間の流れと考えてください。

時間の流れ=宇宙の膨張
であることが分かると思います。

このように考えれば、ビックバンの時代を通り過ぎて、さらに過去にさかのぼると、宇宙の反対側に到達すことを意味しています。

また、時間軸の延長線(未来)には、他の宇宙が存在する可能性があります。
そんな、複数の宇宙は時間軸がループしている超巨大な5次元の球面の世界の表面上に張り付いていると考えることもできます。それは、永久に未来へ未来へと進むと時間軸を一周して過去に戻るということです。

しかし、残念なことに5つ目の次元はあまりに巨大すぎて、人間の能力では感知できません。

そこは、私たちの想像をはるかに超えた世界でしょう。

isa-98 · Answer

＞遠くの物体が光速を超えてもいい」という事はありません。

向こうから見れば地球が光速で遠のいて見えるので、
互いに静止系なのだけど。

psytex · Answer

#5の者です。
物理には等価性というものがあり、たとえば「宇宙の
膨張は空間の膨張だから、遠くの物体が光速を超えても
いい」という事はありません。
物体の飛散と空間の膨張は等価であり、いずれにしても
観察において「遠くのものは超光速で遠ざかる」という
ことは不可能です。
（「137億光年先は137億年前の姿だから“実際は”
もっと遠くまで広がっている」という解釈もなされる
ことが多いですが、それは宇宙論しかいじっていない
宇宙論バカの説で、観察によって有限的存在性は生じる
という量子論的世界像において、観察されない「実際は」
などというのは意味を持ちません）

等価性でいえば、宇宙の膨張の等価として、物体の収縮が
指摘され、「遠くは引き延ばされているから波長が長いの
であって、膨張によるのではない」という話もあります。
その特長は、「物体の収縮」は時間の経過を物理定数の
変化（宇宙膨張=光速低下=プランク定数(不確定性)収束）
の時系列化に求められ、宇宙の始まりがエネルギーの塊
の爆発ではなく、無限不確定性（=無）からの不確定性の
収束に還元できることにあります。
（これも等価性が成立し、どちらが正しいというものではない）

isa-98 · Answer

＞宇宙が拡がれは拡がるほど、
ダークエネルギーの密度？も薄くなり影響力が少なくなりそうなのですが。

素晴らしい感性と発想です。

ハッブル速度は一定で無く相対的に一定である。

過去、
こう言って感覚的に何人理解出来るかなど知った事では無く記載していましたが、

過去、宇宙は光速の６０倍で遠ざかり、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99

現在はハッブル定数（MPC）ｘ共動距離（MPC）で遠のいています。

これをハッブル定数は相対的に一定であると言っています。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8F%E3%83%83%E3%83%96%E3%83%AB%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87

間違ってはいけないのは

加速膨張している。（狭義には決して相対的ではない）
Ω＝１（平坦である。）

この２点です。

Kunfu · Answer

>どうしてダークエネルギーは膨張して拡がっていく空間に影響力を持ち続けられるのでしょうか？
謎です。膨張は鈍るどころか加速しています。
われわれは宇宙に関して知識が増えれば増えるほど、新しい謎と向き合うことになっています。

>遠い宇宙(古い宇宙？)は近い宇宙より加速度的に膨張が速いと聞きました。 
その考えは、２つのことがごっちゃになっています。
実際に運動している天体と、空間が膨張しているから遠ざかる運動をしているように見える天体があるのです。
前者がドップラー効果で、後者が空間の膨張による波長の伸びです。

宇宙は全体的に膨張しているので、結果的に離れているところにある星ほど速く遠ざかっているように見えます。
たとえば１億光年離れた星との距離が空間の膨張で、２億光年の距離になったとします。
空間は２倍に膨張したということです。
では、そのまた隣の２億光年離れた星も同じ割合で膨張するなら４億光年の距離になるわけです。
それは空間が膨張しているからです。けっして、星が遠ざかる運動をしているからではありません。
遠い星ほど速く運動するのではなく、宇宙全体が膨張するから遠い星ほど速く遠ざかるように見えるのです。

しかしながら、２５０万光年離れたアンドロメダ銀河は、われわれに近づく運動を実際しています。
そういう天体はドップラー効果により「青方偏移」を起こします。

こういう例外を除いて、星が遠ざかるように観測されていたのは、「天体が運動しているのではなくて空間が膨張しているからなのだ！」
ということがわかってきました。
昔は、天体が遠くへ運動しているので光のドップラー効果により「赤方偏移」が起こると考えられていたのですが、その考えは誤解だとされています。
私みたいな古い人間には、かなり衝撃的な宇宙物理学の転換ですが２１世紀になって１０年も経ちました。
そろそろ学校でも教えていいんじゃないでしょうか。
現在では、「赤方偏移」の主な原因はドップラー効果ではなく、空間が伸びたことにより光の波長も引き伸ばされたという「宇宙論的赤方偏移」の考えが主流です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B5%A4%E6%96%B9%E5%81%8F%E7%A7%BB

psytex · Answer

遠い天体の光ほど、波長が伸びるドップラー効果（パトカーのサイレン
音が通り過ぎてから急に低くなるのと同じ）が観察されています。
比較的近くの、距離の分かる天体から、その膨張速度が推定され、
そこから逆算すると、137億年前に一点に収束することが分かりました。
137億年前にビッグバンが始まったということになります。
遠くの姿は、昔の姿です。
137億光年先は137億年前の姿であり、ビッグバン当時の爆発の
輻射が、（その光速に近い後退速度で2.7Kに間延びして）観測
された事で、ビッグバンの証拠とされました。

膨張速度は光速を超えないので、観察される宇宙が137億光年を
こえることはありません（ただ、ビッグバンの慣性で膨張しているのなら
重力で減速し、その「宇宙年齢光年先のビッグバン当時の輻射」は、
晴れ上がるはずですが、まだ見えている不思議に対し、「加速している」
とか「ビッグバン初期に超光速で飛散した」など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。

その137億光年彼方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137億光年向こうに立って見ると、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、時間的に収束していますが、「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。
（真っ直ぐ行けば端に当たるというのは、「平行線は交わらない」という
ユークリッド幾何的な空間であり、相対性理論においてそうした空間が
成り立つのは空間に物質がない場合のみであり、我々の日常現象の
エネルギーレベルが低いので、近似的にそういう常識を先入化している）

量子論的な世界像において、有限な性質（=存在性）は、認識
されることで派生しています。
実は、相対性理論にしても、量子論にしても、認識体との相対に
よってしか存在は無い、という帰結を潜在的に持っています。
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。
（ここで先に述べた「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）が対発生する」
につながる）