光は不変？

地球から一番遠い銀河は１３０億光年とか。たしか日本のすばる望遠鏡でも発見してると思いますが、すばるは光学望遠鏡のはず。では、光として捕らえていると言うことですね。
赤方偏移はしているのでしょうけど、光の波長ですよね。
ビッグバンの証拠として、『宇宙背景放射』がありますが、ビッグバンの時に出た時の高エネルギーの光が波長が伸びて電波の領域に変化しているんですよね。だからこれは電波望遠鏡で捕らえるんですよね。これはビッグバンの『化石』とも言われますよね。

質問１：光って時間とともに変化するんですか？

遠い銀河が赤く見えるのは、天の川銀河との相対速度で、ドップｔラー効果の結果、赤くなるんですよね？これは、なんとなく理解できるのですが、『宇宙背景放射』の場合も同じなんですか？ビッグバン地点と地球の相対速度によって、ドップラー効果の結果、波長が伸びてるって事なんでしょうか？

質問２：ビッグバンの地点と地球までの距離は計算できるのでしょうか？その距離は？

実は光についてこんな実験も考えたのですが、わからないので質問します。

実験方法：宝石箱のような箱を用意します。立方体で、蓋が一つあります。内側の素材は、光の反射率100%とし、全く光を吸収しないものとします。その箱の中に、豆球電球を一つ入れ待て、電線は箱の外に出し、箱の外から電源スイッチを操作するものとします。
暗室のような真っ暗な部屋で操作します。電源を入れてしばらくしてきります。そしておもむろに蓋を開けます。

この結果はどうなるのでしょう？

結果１：部屋の中は真っ暗なまま。（もちろん電球や実験装置はちゃんと正常です。）
結果２：蓋を開けた瞬間部屋の中に光が充満しすぐに暗くなる。
結果３：その他

電球が光った後、その光はどうなるのでしょう？普通夜道を懐中電灯をつけてると、スイッチを入れてる間は地面を照らしていますね。光が地面にぶつかって反射して、目に帰ってきた光を見るわけです。目に入らなかった光はどこか宇宙の果てに飛んでいってしまいます。では、この実験のように、閉じた空間の中ではどうなるんでしょう？結果１：は考えにくいですよね。なにせ１３０億年前に出た光が地球に届いてるんですから。では、部屋の中を無限に反射しまくり、結果２：のようになるんでしょうか？それとも全く別の結果なんでしょうか？

さらに質問、この実験って可能なんでしょうか？光の反射率１００％の素材ってないですよね？

どなたか、親切な方教えてください
よろしく

No.3 ベストアンサー 回答者： tetsumyi 回答日時： 2012/10/27 08:52

光が反射すると言うこと自体が、既に元の光とは別物になっていると考えます。

光の反射現象とは金属板等の表面を覆っている電子雲が影響を受けて、その結果として反対方向の光を生み出す現象と見るのが正解でしょう。
それで光の反射は１００％にはなり得ませんし、ほんのわずかな遅れが発生していると考えます。
短時間であれば内部反射箱で閉じ込めて窓を開ければ光が出ると考えられます。

私自身は遠くの銀河の赤方変移や光の速度を超えた宇宙の膨張に非常に疑問を持っています。
初期の宇宙が今より非常に小さい状態だってとするなら、今の宇宙定数と考えられる光の速度、質量、時間の計算に今の値を使うことが正しい結果を出すとは考えられないように思えるのです。
さらに宇宙背景輻射が観測されることは、どう考えても宇宙の果てが光の速度を超えて膨張していることと矛盾するととしか考えられません。
宇宙膨張により宇宙の果てよりも遠い星雲が見えないのであれば、宇宙の果てよりも遠いはずのビッグバンの光の成れの果ての電波が観測できるはずがありません。
天文学者の理解には重大な欠落があると思っています。

この回答への補足

どうも！力の伝達速度が無限大なんて、嘘でした！１０年も前の質問だったので勘違いしてました。
すいませんでした。

補足日時：2012/10/31 20:41

この回答へのお礼

ありがとうございます

光の反射については、簡単に言うと、玉突き状態で光が出ているってことかな？
そのときに多少のエネルギーロスが出て無限に反射は続かないってことですね？
でもこういう実験って誰もやったことないのかな？調べる方法ってありますか？

私は物理の専門家じゃないので、ＴＶ番組で見た事を『へ～そうなんや！』って思うだけなので、自分で考察する知識は持っていないので、光速も超える宇宙の膨張や宇宙定数も特に疑うことはしません。
光速で言うなら、以前にこの『教えてgoo』で『力の伝達速度』について質問したことがあり、このときは『力の速度は無限大』ってことになっています。これについても？？？？がいっぱい付きますけどね。
いろんな事にいろんな疑問を持つと言うのは、賛成です。

背景放射については、Ｎｏ．２の回答のように、ビッグバンは０次元で起きたなら、隣でビッグバンが起きて今に至っているのと同じなら、背景放射は『あり』ですよね。でも『何で姿が変化しているの？』と言う疑問が残りますけどね。

では

お礼日時：2012/10/27 20:49

No.2 回答者： cozycube1 回答日時： 2012/10/25 17:01

>質問１：光って時間とともに変化するんですか？

　単純には答えられません。仮に完全な真空であれば、いくらでも何も変化せずに到達します。宇宙の遠距離からも光が届くのは、宇宙がそれに近い真空度があるからです。

　しかし、光も含めた宇宙線が地球に届くときは、GZK限界というエネルギーの上限があります（特殊相対論を用い、相互作用を考慮したもの）。光も無制限にエネルギーが高いもの、言い換えれば波長の短い光は地球には届きません。ある程度以上に波長が短い光は、飛行距離が長くなるにつれ、途中の物質や場に、だんだん波長を長くしていきます。

　だったはず、になるかもしれません。GZK限界の示す上限以上の宇宙線が観測されつつあるようです。これが確実で、どんな宇宙線が、どのように、等が明らかになると、今までの知見を改める必要があるため、期待されています。

>質問２：ビッグバンの地点と地球までの距離は計算できるのでしょうか？その距離は？

　敢えて言うなら、地球に限らず、宇宙のどこでもビッグバン開始地点との距離は0です。よく「一点から爆発して広がった」と模式的に説明されます。

　閉じた宇宙モデルを1次元に例えるなら、大きさの無い点（0次元）を、リングに引き延ばしたようなことになります。どこが元の点の位置だったかを言うことはできません。1次元としても長さ0のものを引き延ばしたわけですので。

>結果３：その他

　箱は、閉じていた間に光った光全てを蓄えています。箱を開けると、それが外に飛び出してきますので、明け瞬間はストロボライトのように光ります。

　部屋も光を100％反射する内装だと、いつもでも光は残ります。もし電球が光り続けていると、部屋もどこまでも明るくなり続けます。

　これは閉じた静的な宇宙では、オルドースのパラドクスと呼ばれる現象を引き起こします。閉じているという意味は、真っ直ぐ行くと元の位置に帰ってくる状況です（地球の地表を真っ直ぐ行くと、元の場所にたどり着くのと同じようなこと）。

　光も元の位置に帰ってきます。つまり光が失われません。充分な時間があれば、宇宙は光で満ちて行き、恒星といった光源がある限り、その光は増え続けます。いつでも全天は光だらけです。宇宙が膨張しているということが、そうならない理由とされています。

>結果２：蓋を開けた瞬間部屋の中に光が充満しすぐに暗くなる。

　部屋の内装が反射率が100％未満ですと、一瞬明るくなり、暗くなっていきます。もし電球が光り続けていると、部屋の中は一定の明るさになります。

　実は熱的に部屋が断熱系だと、部屋の内装を含めた温度が上がって行き、また可視光以外を含めた電磁波が増えて行きます。そして際限なく、電磁波が部屋に溜まって行きます。

>この実験って可能なんでしょうか？光の反射率１００％の素材ってないですよね？

　実験は不可能ですね。素粒子レベルで考えて、100％の反射率ということがないためです。

この回答へのお礼

ありがとうございます

とりあえず、光は永久不滅ってことですよね。

なるほど。０次元でビッグバンが起きたから、ビッグバンの場所は『ここ』ってことかな？

実験の結果：でも、そんな体験って、今まで味わったことがないのは、なぜかな？写真の暗室の中で、或いは映画館の中でスイッチを切ったら暗くなるのは、なぜ？地球上では光は長生きできないってこと？

結構、こういう事考えてると楽しいですよね。

ありがとうございました

お礼日時：2012/10/25 19:39

No.1 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2012/10/25 16:28

質問1

宇宙空間の膨張により、「冷えた」状態になるのです。

質問2
絶対座標の考え方になりますが、各種変換により絶対座標は存在しないので知ることはできません。

宝石箱
開けた瞬間ほぼ全ての光が外に放射されます。cf.黒体放射
反射率100％は聞いたことがないですね。

この回答へのお礼

早速の回答ありがとうございます。

『冷えた状態』ってのがピンときませんが、光がどんどん進んで行っていくと、見えなくなるって事ですか？遠くの光が暗いように。でも、光子単位（量子かな？）で言うと不変不滅なんですよね？

絶対座標が知りたいわけじゃないです。地球からどれだけ離れているかってのを知りたいんです。地球の全方位から背景放射があるわけですから、その光源の座標はわからないですよね。ビッグバンから空間が生まれてきてその膨張速度は高速を超えていたらしいので、膨張した空間の後ろから光が追いかけていくイメージを持っています。ですから、膨張していく宇宙の今地球があるこの空間に、背景放射が届いてるわけですから、届くまでにどれだけ時間がかかっているかってのが、わかるかるかなぁって質問です。

実験の回答ですけど、やっぱり光って永久不滅なんですよね？でも量子力学によると、なんでもない、何もない空間にいきなり物質と反物質の量子が生まれて、すぐにお互いがぶつかって消滅する。それもかなり頻繁に。そういった中に光子がぶつかって何かに変化して亡くなるんだろうなって思います。

ありがとう　ございました

お礼日時：2012/10/25 19:30