宇宙の膨張について？

最近の天文学では宇宙は加速的に膨張してると本で読みました。
ので、簡単な質問ですがよろしくお願いします。

宇宙の膨張とは宇宙全体が膨張してるのでしょうか？（雑誌などでは宇宙が膨張しそれぞれの（銀河系や星がとうざかるとありました）

それとも、断面的な時間の流れでそれぞれの空間が膨張してるのでしょうか？
例えば、離れたA銀河とB銀がとで考えると、同じ時間でそれぞれの銀河が３次元で10センチ膨張すれば、A銀河とB銀河の相対的距離はそれぞれの空間が膨張しても変わらないのでは？
光の速度（１次元）＝空間の膨張（３次元の相乗値）が同じであれば、アインシュタインの言う様に普遍なものになるのでは？
ただ光が強い重力のもとで影響を受けるのは、その空間が宇宙の膨張速度より違う為ではないでしょうか？
アインシュタインが言う様に光の速度はどこからみても普遍なものであるとした考えの中には宇宙の膨張が含まれているのでしょうか？

こういう考えはおそらく哲学的な考えるもの以下なものだと思いますが、いまいち宇宙の膨張、光の普遍速度、空間、時間概念のつながりが私には理解できません。

それと、πを使っての公式には意味がないのでは？πは無限な数字であり、πをもちいた公式自体が解をださないものでは？

No.10 ベストアンサー 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2014/03/04 09:16

No.4です。

＞風船の中の空間はとかんがえました。
　三次元の空間から座標をひとつ取り除いただけですから、内も外もないゴム風船の面(二次元)がそのまま３次元も座標を持つ空間と考える。
　なお、マジックで描くと言うよりシールを貼るほうが正確でしょう。

　アインシュタインの話題が出てますが、それと宇宙の膨張はまったく関係ないです。アインシュタイン自体は赤方偏移が発表された当時膨張速度はいずれ減速してと予想していたようですが・・(^^)最近の観察結果は「最近の天文学では宇宙は加速的に膨張してる」事を閉めしているということです。

とても多い誤解の例
　赤方偏移とは色が赤く変わる---違います。恒星は紫外線も発しているわけですから紫外域の光が見えるようになってくるし赤い光は赤外に移動するため色は変わりません。(^^)
　スペクトルに含まれるフラウンホーファー線( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9% … )が移動することなどです。
　宇宙(銀河のこと)の明るさがほぼ一定だとすると、遠くにある銀河ほど暗く見えると仮定して赤方偏移を調べると暗い(すなわち遠方にあると推測される)銀河ほど赤方偏移が大きい。始めは偶然だと思われていたが、観察結果が膨大になっても遠くにあると推測されるもほど赤方偏移が大きい。それを説明するためには宇宙(銀河)は互いに遠ざかっていると説明する（膨らむゴム風船上のシール）のが合理的。
　それを逆算すると、宇宙が広がり始めた--誕生した時もわかるし、それによってなぜ宇宙(銀河)や恒星の歴史も説明できる。
　膨大な観察によって多くのことが矛盾なく説明できる。

　ということです。

　赤方偏移や宇宙の膨張を否定する人も後を絶ちませんが(^^)、それでは他の膨大な観察結果は説明できません。たとえば質量が変わるとしたらなぜフラウンフォーファー線の間隔は変わらないのかと躓いてしまう。

＞πを使っての公式には意味がないのでは？
　π、eネイピア数/オイラー数に代表される超越数、√2などの累乗根の無理数は有理数ではありませんが、だからと言って意味がないとは言えないです。
　⇒円周率 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%86%86%E5%91%A8% … )
　⇒ネイピア数 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8D%E3%82%A4% … )

　科学とは、
・観察された現象を説明しうる理論を推測--推論し
・その理論を客観的な観察や実験によって
・証明、あるいは否定
　していく手順・手続きの事です。知識や信念や迷信など--「信ぜよ!さらば救われる」と根本的に異なる・・・単なる手法・・その手法自体のことです。

＞こういう考えはおそらく哲学的な考えるもの以下なものだと思いますが、
　哲学も理論を構築してこの世を矛盾なく説明することを目指しているのでしょうが、「実験や観察による実証」を要しないことが根本的に違います。

　今回のSTAP細胞の件でも、日本のマスコミ(文系)の視点は完全にずれています。若いとか女性であるとかリケジョであるとか、ネイチャーに最初はつき返されたとか・・・全く科学の本質とはずれたニュースばかりですよね。大事な事は「膨大な実験と観察で、従来の定説を覆すかもしれない」が主題でなければおかしい。ネイチャーはそれ（さらなる実験）を求めたし、それ（膨大な実験結果）によって採用を決めた。
　科学とはそのために、基礎となる知識も実験技術も必要になりますから、結果や理論だけを求めようとする文系とは越すに越されぬ川があるのかも・・

この回答への補足

風船の実験は私でもできそうなのでどうなるか確かめてみます。

補足日時：2014/03/04 11:26

この回答へのお礼

ありがとうございます。
参照ページも参考になりました。
やはり文系的な考えでしか理解できてないようですね。

お礼日時：2014/03/04 11:24

No.14 回答者： chiha2525 回答日時： 2014/03/04 22:49

宇宙については謎が深いんです。

この回答で書くのも、やや的外れではあるのですが。

物理学は本来、観測ありき実験ありきのはずなのですが、２０世紀になって理論ありきになってしまいました。物理学者の少なくない人も今では理論ありきで考えてしまっています。

宇宙の膨張は、ハッブルが当時の他人の観測結果を集めてｗ、遠くの銀河ほど大きく赤方偏移している、宇宙は膨張しているんだ！と言ったのが広まりました。これは観測結果なので別に良いのですが、ここからビックバン宇宙というモデルができ、これは一応の成功を見ていると考えても良いでしょう。

それはさておき、重力は、ケプラーやニュートンあたりで、距離の二乗に反比例することが『太陽系』程度の中で確認されました。これはご存知かと思います。ところがその後、銀河を観測すると星々の動きが説明できない、外側にある星の動きが内側のものに比べて速すぎて、円盤状ではなく球状に違い質量分布のものになっている。しかし銀河は円盤状（薄いということ）なので、見えない何かがあるのだろう、というのがダークマターです。

ちょっと話を戻して、宇宙の膨張ですが、これは銀河間だけのものです。例えば太陽系はだいたい５０億年前くらいに出来たと考えられていますが、出来た当時の大きさは今の２／３程度の大きさだったのかというと、そうではなく（ほぼ）今と同じ大きさだったわけです。銀河もそうです、銀河自体が膨張しているわけではありません。もしかしたら、同一銀河団に属するものは銀河間の距離も（膨張によるほど）変っていないのかもしれません（勉強不足でよく知らないです）。宇宙の膨張は、あくまで遠くの銀河を観測しての結果です。

近年、この宇宙の膨張が、加速しているのではないかと、観測結果から言われるようになりました。宇宙ができて８８億年（？）くらいはその力は弱かったみたいなのですが、５０億年くらい前に加速に転じたと考えられています。遠距離で働く力は、私たちは重力しか知らないのですが、別のなんらかの反発しあう力があるのだ、見えない（知らない）からダークエネルギーだ、と言っているのです。

微妙な書き方をしているのですが、宇宙の膨張が加速しているというのは、観測結果から出た推論であり、そこの誤った前提（理論）が入っている可能性があるのです。


ダークマターやダークエナジーなど、これらは言ってみれば現代のエーテルであり、存在しないものを追っているのだと考える物理学者もいます。最初のほうに書きましたが、重力はせいぜい太陽系の範囲で確かめられているだけのものです。その理論を銀河や宇宙に適用して、違う違うと言っているようなものです。私は、もっと観測結果をこそ重視すべきなのではないかと思うのです。

No.13 回答者： fxq11011 回答日時： 2014/03/04 18:56

宇宙は物質ですね、ではその外は、物質の観点で見る限り外はない、物質のほかに存在するのはエネルギーです。

エネルギーが次々に物質に変わっている、ゆえに膨張しているように見える。
銀河同士の距離が変わる必要はないが、全宇宙がバランスしているため、バランスが崩れれば、必要に応じて動く？もあり得ます。

No.12 回答者： eld3399 回答日時： 2014/03/04 15:43

宇宙は、今も光速の数十倍の凄まじい勢いで、広がっていると聞いています。

No.11 回答者： Tacosan 回答日時： 2014/03/04 12:25

必ずしも「2つの銀河の間の距離が長くなる」とは限りません. 銀河団や銀河群より小さな範囲では宇宙膨張よりも重力 (などの力) の方が強いため, 銀河団・銀河群に含まれる銀河は合体する傾向があります.

例えば銀河系とアンドロメダ銀河は将来的に合体することが予測されています.

それから π がど～たらこ～たらのところは, 議論としておかしいところがあります. 「πは無限な数字であり」というのは「たまたま『1』という数値を単位としてあらわすと無限小数になる」ということでしかありません. 逆に「『π』という数値を単位としてあらわす」と「1」は「無限小数」になりますが, では「『1』を用いた公式」に意味がないと考えますか?

この回答へのお礼

ありがとうございます。
πに関しては皆さんのご指摘通りで検討違いの質問をして申し訳ありません。
＞銀河団や銀河群より小さな範囲では宇宙膨張よりも重力 (などの力) の方が強いため, 銀河団・銀河群に含まれる銀河は合体する傾向があります.
相互作用銀河の事でしょうか？確か銀河系とアンドロメダ銀河は３０億年の内に衝突すると記憶にあります。天体観測の画像などでも見た記憶があります。

お礼日時：2014/03/04 14:23

No.9 回答者： satoumasaru 回答日時： 2014/03/04 08:20

＃７です。

お礼、ありがとうございます。
書かれていらっしゃることについてひとこと書かせていただきます。

＞宇宙が同じ様に膨張したなら、今の宇宙観（宇宙が１つの空間である）
＞では絶えず空間の衝突が起こり続けなければと思いました。

宇宙がひとつということならば、ぶつかることはありません。ただ多次元宇宙と
いう考え方もあります。この場合は、片一方で膨張する宇宙があり、もう一方で
縮小する宇宙が無数にあるというものです。また全くＭ理論のように全く違うブ
レーン上で宇宙が存在しているとすれば、拡大しようが縮小しようが他の宇宙に
影響は及ぼしません。

＞相対性理論の数式が私に理解できるかはわかりませんが挑戦したいと思います。

相対論は難解であるといわれていますが、特殊相対論の方は高校生程度の数学能
力があれば理解できますよ。できれば数式のはいった入門書をおすすめします。
一般相対論は格段に難しく大学の数学専攻程度でなければ歯が立ちません。

他の方のおっしゃっておられることについて、ひとこと、

質量によって赤方偏移する事は事実ですが、今観測されているような赤方変異を
生み出すためには、ブラックホールのような強力な重力が必要であり、そうした
場合は直ちに暗くなっていきます。いまのように赤方変異が継続した形では観測
されません。質量が変化してるという科学者は私は聞いたことがありません。重
力定数が変化しているという説はありましたが現在は否定されています。

「宇宙が膨らんでいない」というアープのような天文学者もいますが圧倒的少数
です。かれらの議論が有力候補にあがりつつある等という事実はありません。

また無から有は生まれないかも知れませんが、真空は無ではありません。絶えず
粒子が生まれて消えていくダイナミックなものです。ビッグバンについて批判す
る科学者は無とはいいませんが圧倒的少数です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
＞特殊相対論の方は高校生程度の数学能
力があれば理解できますよ。＜
数学能力は高１程度でが頑張ってみます。

お礼日時：2014/03/04 08:51

No.8 回答者： omi3_ 回答日時： 2014/03/04 02:43

No6です。

>アインシュタインの宇宙項はアインシュタイン自身が「人生の最大の誤りだ」と
>語っていたと記憶してますが？最近は宇宙の加速的膨張の事象の際に宇宙項が見直されてると記憶してますが？

その常識を踏まえて、
アインシュタインは、宇宙は定常だと思いこんだので、重力場方程式に係数λ<0とした宇宙項を加えました。
　λ=0 でも膨張するのに λ>0 だったのです。　加速的な膨張ですね。
と、回答しました。

λ=0 でも膨張するのに、λ>0 が観測結果に合致することだったのです。　これこそ加速的な膨張で、重力場方程式は正しかった。　やっぱりアインシュタインはすごい。

と、行間を読んで欲しかったのですが無理でしたね。 あなたの話には無駄が多いですもんね。
私は、深読みをしない方々に理解されなくても構いません。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
　＞行間を読んで欲しかったのですが無理でしたね。 あなたの話には無駄が多いですもんね。＜
失礼しました。omi3_さんの言う通りです。回答を頂いたのに理解出来ず申し訳ございません。

お礼日時：2014/03/04 09:34

No.7 回答者： satoumasaru 回答日時： 2014/03/03 20:29

はじめまして、いや～天文学って奧深いですね。

では私の知っている範囲で
お答えします。

>　宇宙の膨張とは宇宙全体が膨張してるのでしょうか？それとも、断面的な
> 時間の流れでそれぞれの空間が膨張してるのでしょうか？

宇宙全体が膨張しているといわれています。

>　例えば、離れたA銀河とB銀がとで考えると、同じ時間でそれぞれの銀河が
>　３次元で10センチ膨張すれば、A銀河とB銀河の相対的距離はそれぞれの空
>　間が膨張しても変わらないのでは？

銀河レベルのサイズでは現時点では膨張を観測できているわけではありません。
全てが同じように膨張していたら膨張など観測できないですよ。数百万年光年
のレベルではじめて問題になる程度です。

もっとも、現在のダークエネルギーが加速度的に強くなるのでしたら、宇宙が
急膨張し、しまいには銀河団も銀河も、そして太陽系も地球も、最後は原子で
さえばらばらになってしまうという説もあります。これをビッグリップといい
ます。

>　光の速度（１次元）＝空間の膨張（３次元の相乗値）が同じであれば、アイ
>　ンシュタインの言う様に普遍なものになるのでは？

光の速度と空間の膨張は別の現象ですね。同じだったら赤方変位など観測でき
るわけがありません。

>　いまいち宇宙の膨張、光の普遍速度、空間、時間概念のつながりが私には
>　理解できません。

光の普遍速度や空間、時間概念のつながりだったら、特殊相対論で一定理解す
ることが可能です。一度、ちゃんと数式の入った特殊相対論の入門書をご覧に
なることをおすすめします。

>　それと、πを使っての公式には意味がないのでは？πは無限な数字であり、
>　πをもちいた公式自体が解をださないものでは？

πは無理数ですが、無理数を含んでも解は解です。解をだすということは、有
理数でださなければならないなんてことはありません。またちゃんと実用に役
立っていますよ。無理数は解ですπの計算が無意味だったら、球の体積、円の
面積、円周だってだすことは無意味になってしまいますよ。最後の段階で近似
値をだせばいいのです。量子力学になると、無理数どころか虚数がごくあたり
まえに数式にはいっています。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
中、小学生時代はSFの影響で望遠鏡やPC８００１など理数系に興味がありましたが、高校、大学では文系出で最近仕事も落ち着いた歳になりましたので宇宙やエネルギーなどの雑誌や番組をみてふっと思った質問となり申し訳ありません。
赤方変位はNo5の方のお答えも参考にしたいと思います。
宇宙の終わりにはビッグ・クランチ、ビッグ・フリーズ、ビッグ・リップなどあると番組でみました。そこには未知のエネルギー「ダークマター」「ダークエネルギ」が影響があると記憶にありますが、今の宇宙観にそう物でありアインシュタインが宇宙定数を導入したのと同じ様なものであると思います。宇宙の考え方がかわるとまた違う考えが出るのでは！と天文学は奥深いものと改めて実感しました。

この質問を記載した後にふっと思いましたが、宇宙が同じ様に膨張したなら、今の宇宙観（宇宙が１つの空間である）では絶えず空間の衝突が起こり続けなければと思いました。２次元での考えると２つの円が重なりあう面はどうなるのか？

相対性理論の数式が私に理解できるかはわかりませんが挑戦したいと思います。

お礼日時：2014/03/04 02:26

No.6 回答者： omi3_ 回答日時： 2014/03/03 19:48

>宇宙の膨張とは宇宙全体が膨張してるのでしょうか？

そう考えると都合よく説明できる。　といったレベルですね。
ダークエネルギー？、何の役に立つの？、宇宙飛行さえニュートンで十分なのに。

>ただ光が強い重力のもとで影響を受けるのは、その空間が宇宙の膨張速度より違う為ではないでしょうか？
いいですね、膨張速度が重力場で遅くなる、との説ですね。　計算で判明すると思われますが。

>アインシュタインが言う様に光の速度はどこからみても普遍なものであるとした考えの中には宇宙の膨張が含まれているのでしょうか？
その通りです、アインシュタインは、宇宙は定常だと思いこんだので、重力場方程式に係数λ<0とした宇宙項を加えました。
　λ=0 でも膨張するのに λ>0 だったのです。　加速的な膨張ですね。

>それと、πを使っての公式には意味がないのでは？πは無限な数字であり、πをもちいた公式自体が解をださないものでは？
聡明だった方が、 意味がないのでは？、との暴言、いただけませんね。
円周率は、たまたま無理数だっただけで、図形などの計算の時、精度に不都合がなければ桁数を減らしても問題は起こりません。
文部省に円周率=3だと覚えるだろう、と考えた愚か者がいます。　自然数とか黄金比 などの重要な定数にも無理数があります。　それを用いた計算を否定されたら、「hiromititan の話には嘘が含まれるかもしれない」と思われるかもしれません。

余談
私は、全ての現象が c を越えられない、光も c の速さ。　そう観測される。　というだけなので、光速より速い動きを想定しても構わないと考えています。　実証不能ですが。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
中、小学生時代はSFの影響で望遠鏡やPC８００１など理数系に興味がありましたが、高校、大学では文系出で最近仕事も落ち着いた歳になりましたので宇宙やエネルギーなどの雑誌や番組をみてふっと思った質問となり申し訳ありません。
アインシュタインの宇宙項はアインシュタイン自身が「人生の最大の誤りだ」と
語っていたと記憶してますが？最近は宇宙の加速的膨張の事象の際に宇宙項が見直されてると記憶してますが？
πに関しては本当に理解不足だと思います。

お礼日時：2014/03/04 01:36

No.5 回答者： epsz30 回答日時： 2014/03/03 16:40

宇宙に関しては、仮説の部分が非常に多く、

現在言われている仮説も現実とは言い切れない、という事をまず理解してみてください。

学校で教える日本の歴史に関しても、
数十年前とは大きく変化しています。

※新たな証拠などが発見され、「真実」とされる物が変わっているのです。

それと同じように、宇宙の事も「現在は有力な仮説」として、
真実はまだ不明だけど・・として考える部分も必要です。

現在では、宇宙はビックバンによって生まれ、
その膨らみが今もなお広がりつつある・・・とされていますが、
その証拠とされている１つに、光の赤方偏移（せきほうへんい）が挙げられています。

これは、救急車やパトカーの音が、距離や角度によって音が変化する様に、
光も距離によって色の変化があり、
遠くの星の光が赤く見えるという現象があるのですが、
現在確認されている遠くの星の色が、赤色に変異していく例が発見され、
それらの事例が、遠く離れているとされる星ほど多く観測されていた為、
それらの星は地球から離れていっているから赤方偏移になっている、
という仮説が現在有力とされ、宇宙は今も広がりつつある＆ビックバンを裏付ける証拠、
ともされているのです。

要するに、遠くの星の光ほど、赤方偏移が多く観測され、
その理由が、遠くの星ほど地球から遠く離れて行っているからだ、
とする説が有力だった、という事です。
※星が後方に動いているから色が変わっている、とする説です。

しかし、現在では、宇宙は膨らんでいない、とする学者も居て、
彼らが唱える節も有力候補に上がるつつあります。

星の光の赤方偏移に関しても、
現在では、光の素粒子の質量によっても変化する事が解り、
原子の質量の変化によって（軽くなる事で）赤方偏移する事が分かってきた為、
星が移動しているのではなく、質量が変化しているだけだとする説が生まれてきた訳です。

なんだかよく解らないと思いますが（私も含め）、
歴史や仮説は変わりつつある物でもあり、真実とは言い切れない分野の物、
として考える必要がある、という部分も重要視して考えてください。

化学の基本には、無から有は生まれない、という基本があります。
本当に何もない所には、何も発生しないという基本です。

ビックバンはこの化学の基本に矛盾し、無から生まれた・・・とする説でもあるので、
反論する科学者も多い分野である、という部分も忘れてはなりません。

現在ではまだ、貴方の様に「理解出来ない」＆「理解に苦しむ」というのが正しい、
と言える分野だという事で理解してみてください。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
中、小学生時代はSFの影響で望遠鏡やPC８００１など理数系に興味がありましたが、高校、大学では文系出で最近仕事も落ち着いた歳になりましたので宇宙やエネルギーなどの雑誌や番組をみてふっと思った質問となり申し訳ありません。
ビックバンは事象が起こった事の考えであり、その前の答えは出てないと理解してますが？
以前ビッグバンは？と質問し哲学分野の考えと言われましたが、PC８００１でベイシックをマシン語にする際は０と１に変換した事を思いだし、０だけの環境では０がゼロと理解する事が出来ず。同じ事が１にも起こりえる様にビッグバンの前は無限の＋と無限の－ありそれが接触した際の割合の違いで宇宙が生まれたと記述しました。

お礼日時：2014/03/04 01:23