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No.10ベストアンサー
- 回答日時：
光のドップラー効果は
光へテロダインを使えば容易かつ精密に測定出来ます。
電磁波(光)の周波数をマイクロ波まで落としたのがネズミ取りや
スピードガンです。
水の流速計も光のドップラー効果を利用してます。
星や銀河からの光のドップラー効果はバカでかいので
分光して(プリズムを通して)よく知られたガス分子の吸収線
の位置を調べるだけで、周波数のシフト量が容易にわかります。
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この回答へのお礼
お礼日時：2020/11/02 19:55
＞光のドップラー効果は
光へテロダインを使えば容易かつ精密に測定出来ます。
光のドップラー効果を測定する実験手段があるのですね。それなら、光のドップラー効果の存在は疑いようがないわけだ。
ありがとう御座いました。
No.23
- 回答日時：
空間には、膨張する実体がないので、膨張することはありません。
ビッグバンにより、天体が四方八方へ飛び散っているのです。そのことを説明します。
「ハッブルの法則」は、空間自体が膨張している事実を示すのでしょうか、それとも天体が四方八方へ飛び散っている事実を示すのでしょうか
1929年に、ハッブルによって、遠くにある天体程地球から速い速度で遠ざかっていることが判りました。天体の遠ざかる速度は、その距離に比例していました。これを「ハッブルの法則」と言います。「ハッブルの法則」は、次の通りです。
v=Hr H = 71 ±4 km/sec/Mpc
1Mpc（メガ・パーセク） = 326万光年です。つまり、326万光年離れた天体は、地球から毎秒71㎞の速度で遠ざかっています。不思議なのは、あらゆる方向の天体がそうだと言う点です。
宇宙は、約138億年前に、ビッグバンにより誕生しました。それ以前、あらゆるものは一点に集中していましたが、未曾有の大爆発により宇宙は膨張を始め、現在も膨張を続けています。現在の地球が、まだビッグバンの中心辺りにまだあるのであれば、「ハッブルの法則」は成立します。あらゆる方向にある天体は、ビッグバン地点から放射状に広がります。この時、全ての天体は、距離に比例して地球から遠ざかって行きます。
しかし、現在の地球が、ビッグバンの中心から遠く離れていたらどうでしょう。天体はビッグバン地点を中心に、放射状に広がります。地球とビッグバンを結んだ方向(横方向)にある天体について言えば、一応天体は地球から遠い星程速く遠ざかると言えます。しかし、地球から見て上下左右方向(縦方向)の天体はどうでしょうか。地球と天体は、ほぼ同じ方向へ向けてビッグバン地点から遠ざかっています。この場合、天体はほとんど地球から遠ざからないことになります。
従って、「ハッブルの法則」が成立する為には、地球がまだビッグバン発生地点の極近くにあるか、宇宙全体が、2倍3倍となるような形で膨張しているかのどちらかしかありません。スイカを例に説明します。種が天体です。スイカが2倍3倍と生長すれば、種と種との間隔も、2倍3倍と開きます。これで、上手に「ハッブルの法則」を説明することが出来ます。
天体が移動していると考えると、ビッグバン地点から放射状に膨張するすることになり、上手に説明することが出来ないのです。ですから、空間全体が2倍3倍となる形で膨張していると考えます。
現在、地球がビッグバンの中心にはないとしたら、「空間自体」が全ての方向へ等しく膨張しているとしか考えられなかったのです。
しかし、空間は、他のより基本的なものから構成することは出来ません。即ち、空間は構造を持たないので、それが変化する仕組みは説明することは出来ません。
また、空間自体が膨張しても何も変わらないのです。DVDを大画面のテレビで見ても、小さな画面で見ても、ストーリーや結末は同じです。これは、画面の大きさに合わせて物質がその大きさを変えるからです。
ですから、地球はまだビッグバンの中心の近くにあるので、どの天体を見ても天体までの距離に比例した速さで遠ざかっていると考えるのが合理的です。
また、ビッグバンにより空間そのものが膨張していると仮定すると、天体は真っ直ぐ後ろには後退しません。時間が経過する程天体は地球から離れて行き、地球に光が届くのに時間が掛る様になります。つまり、時間が経過する程膨張の小さかった頃の過去の天体を見ることになります。つまり、天体の見える仰角が小さくなって行きます。
では、思考実験をして見ましょう。ゴム風船上にいくつも点(これが星のかわりです)を書きます。
ゴム風船に空気を入れて、風船を膨らますと、点どうしの距離が広がりますね。
この時、ある星からみると周りの星が全て自分から遠ざかっていくように見えます。しかし、星は真っ直ぐに後退するとは見えません。
何故なら、星から光が届くのに時間が掛るからです。風船がまだ膨らんでおらず、地球のすぐ近くに星があった時、仰角45度の方向に星が見えたとします。
次に、風船の直径5㎝の時に星が発した光が直径10㎝になった時地球に届いたとします。すると、星は仰角26度36分の位置に見えます。
この様に、時間の経過と共に星がどんどん離れて行き光が地球に届く時間が長くなるに従い、より過去の小さかった頃の位置の星を見ることになるので、どんどん低い位置に星が移動して見えることになります。
しかし、これは観測事実に反します。ですから、宇宙空間自体が膨張しているのではないことが分かります。
星が真っ直ぐ後退するには、物質がビッグバンにより四方八方へ飛び散ったおり、地球がまだその爆発の中心にある必要があります。これで、あらゆる星は距離に比例した速度で真っ直ぐに後退します。
宇宙空間自体が膨張すると主張する人は、「どの様な仕組みで空間が膨張するのか」説明しなくてはなりません。しかし、それは未来永劫説明不可能です。何故なら、空間は実体がないので構造を持たないからです。構造のないものが変化する仕組みを説明することは出来ません。
詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/utyuunoboutyoukuuka …
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No.22
- 回答日時：
音と光の決定的な違いは、音が伝わるには空気などの媒体が必要ですが、光
に媒体は必要のないことです。
音源が前に移動していれば、一定時間に音の進む距離は、後ろが長く、前は
短くなります。前も後ろも波数は同じなので、前は波長が短く、後ろの波長は長くなる。これがドップラーの見つけた現象です。
一方、A.アインシュタイン博士の相対性理論では、光速は光源の速度に依らず一定であるとされています。これに基づけば、光源の前後でドップラー効果は起きないことになります。
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No.21
- 回答日時：
碁盤の話は目にタコが出来るほどみましたが、ビッグバンがどこで起きたか
を誤魔化すのに便利な仮説ですが、宇宙の先端が光速以上で膨らんでいるの
は説明できません。
碁盤の左下の角に観測者がいるとします。マス目の1辺が1㎝だとします。それが今、10秒かけて倍の2㎝になったとしましょう。観測者から一マス目の角は10秒かけて1㎝から2㎝まで1㎝動きます。二マス目の角は2㎝から4㎝まで2㎝動きます。三マス目の角は3cmから６cmまで3cm動きます。ｎマス目
の角はｎcmから２ｎcmまでｎcm動きます。となりますが、ｎマス目を起点
とした場合、ｎマス目の1辺が1㎝から２cmへ1cm動くだけです。ｎマス目が
宇宙の端とすれば、宇宙の端は１０秒で１ｃｍ移動していると言うことになります。このような矛盾は、宇宙が膨張していると仮定するからです。
矛盾が起きれば、仮定は否決されます。
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この回答へのお礼
お礼日時：2020/11/04 18:35
ありがとう御座いました。
この「No.21、回答者：konjii」さんの回答は非常に面白い。この回答と「No.18、回答者：ななのたか」さんの回答とを、何度も何度も読み返して比べています。私は化学（ばけがく）の出身なので、物理は苦手です。何度も読み返さないと理解できないのです。
No.20
- 回答日時：
…#11です。
>「光は波である」というのは確かですか。
何せドップラー効果が出ますので。もっとも、光というか電磁波一般は波としての性質と粒子としての性質を併せ持つものなので、20世紀初頭には物理学者同士が粒子説と波動説でさんざんやり合ってましたが。
>①特別な機器を使えば、光の波を目で見ることができるのですか。
何分可視光は波長が360～780nm（多少前後あり）なので、サインカーブのウネウネが見えるとしても実寸では見えませんね。
>②「光は波である」と仮定すると色々な現象が合理的に説明できる
光に波としての性質が無いとすると、実際に観測されているドップラー効果の説明ができません。お手軽なところでしたら、ガラス板を2枚用意していただいて貼り合わせると隙間のわずかな差に対応した色がついて見える（ニュートンリング）なんて実験もできます。回折（狭い隙間を通った光が広がる）が一番簡単か。この辺の現象は光が粒子としての性質しか持たないとすれば説明が付きません。レーザー光を使えば干渉も確認できます。
コップに水を入れてストローを突っ込んだ時の曲がって見える（屈折）方向も、波としての性質を示唆します（音波も同じ方向に屈折します）。光が粒子の性質しかないとすると屈折方向が逆にならなければならない。
電波であればすだれ状の隙間を通る角度に決まりがある事が（比較的簡単に）実験でき、その事で横波（進行方向に対し振動方向が直角）である事も判ります。
#18氏の碁盤の例え、お手軽にやるなら風船に複数の点を描いて膨らませると分かりやすいでしょう。小さく膨らませた風船の面上で点同士の距離を測り、次に大きく膨らませた状態で再度測ると、距離の変化量が元は近かった点と遠かった点とでは遠かった点の方がより大きく離れます。
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No.18
- 回答日時：
>これが又、理解できません。
単純な話です。
碁盤をイメージしてください。
左下の角に観測者がいるとします。マス目の1辺が1㎝だとします。それが今、10秒かけて倍の2㎝になったとしましょう。観測者から一マス目の角は10秒かけて1㎝から2㎝まで1㎝動きます。二マス目の角は2㎝から4㎝まで2㎝動きます。。。。以下同様。即ち、空間が倍に引き伸ばされると各ポイントは観測者の距離から比例する速度で遠ざかります。
ついでに言うと、これがまさに『銀河が遠ざかる運動』に見られる特徴なので(しかも、一様に)、銀河か赤い方に波長がずれて観測されるのは、『個々の銀河の運動ではなく』『空間が膨張していることによりことだ』と分かるわけです。
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No.17
- 回答日時：
>②高等学校では、光より速いものは存在しないと習ったのですが、光速（300,000Km/s）以上で飛ぶ物体があるのですか。
いえ、光速以上で飛んでいる物質があるのではありません。『空間が』『光速以上で』広がっているので『それに乗っかっている天体も』『光速以上で』遠ざかっています。空間の膨張速度は、物質の運動ではないので、光速を超えられない、という制限はかかりません。
※ちなみに、物質でも、「加速していって光速を超えることはできない」のであって、生まれながらにして光速より速い物質は存在し得ます(タキオン、とか)。
で、他の補足質問にも絡んできますが、観測者より遠いほど、空間は速い速度で遠ざかっているので、ある距離より向こうでは光速を超える速度で遠ざかっています。それ以遠の天体は、発した光が観測者に届くことはありません。
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この回答へのお礼
お礼日時：2020/11/02 21:17
「光より速いものは存在しない」とは、「加速していって光速を超えることはできない」という意味でしたか。ありがとう御座いました。
＞観測者より遠いほど、空間は速い速度で遠ざかっているので・・・
？？？
これが又、理解できません。
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音にドップラー効果があることは信じられます。音のドップラー効果は私にも観測できるからです。
高速道路を走行する自動車が鳴らすクラクションを聞いていると、近づいてくるときの音は高いが、遠ざかるときの音は低くなります。だから音のドップラー効果の存在を信じます。
でも、光のドップラー効果はどうやって観測するのですか。観測できなければ、光のドップラー効果の存在を信じるわけには参りません。
私は、今のところ、光のドップラー効果の存在を信じていないので、宇宙が膨張しているという学説も信じません。
＞青い（波長が短い）はずの光が・・・・・
どうして、青い（波長が短い）はずだと判るのですか？
「光が観測される範囲」？？
ということは、光が観測されない宇宙空間がある、ということですか？
つまり、地球まで光が届かないほどの遠い距離の銀河（または銀河団）がある、という意味ですか？
No.６の方の回答から、新たな疑問が生じます。
＞宇宙の大きさは、光が観測される範囲までしかわかりません。
＞その外縁は光速を超える膨張速度、とも言われますが、
＞光速以上で離れる物体は観測し得ないので、推測しかできないのです。
光が観測される範囲には限界がある・・・となると、
①いま人類が持っている観測能力（観測機器の性能など）には限界があるが、将来、その能力が向上すれば、光が観測される範囲はさらに広がると考えていいですか。
光速以上で離れる物体は観測し得ない・・・ということは、
②高等学校では、光より速いものは存在しないと習ったのですが、光速（300,000Km/s）以上で飛ぶ物体があるのですか。
＞波源が動けば波の性質としてドップラー効果が発生します・・・
「光は波である」というのは確かですか。
①特別な機器を使えば、光の波を目で見ることができるのですか。それとも、
②「光は波である」と仮定すると色々な現象が合理的に説明できるから光は波なのである、という話ですか。
管理人から、そろそろ質問を閉鎖するようにとの催促があったので、残念ですが締め切らせていただきます。
質問のタイトルで「宇宙が膨張？？」と書いたのは、ビッグバン説は本当なのか、という単純な疑問からです。この広大な宇宙が何もないところから生まれたなどという発想は、神話の世界でならともかく、およそ科学者のものとは思えません。
ハッブルがビッグバン仮説を提唱する根拠になったのが赤方偏移（レッドシフト）という観測事実ですが、赤方偏移は「光にはドップラー効果がある」と仮定しないと説明できません。
（続き）
ですから私は、「光のドップラー効果」の存在自体にも疑問を持っていたのですが、この疑問は、No.10の回答とNo.13の回答で氷解しました。「光のドップラー効果」の存在を信じるに至ったのは最大の収穫でした。
ビッグバン仮説ではなく別の仮説で赤方偏移を説明できる人が現れるのを待っております。
ご回答を頂いた多くの皆様にお礼を申し上げます。「ベストアンサー」を差し上げたい方は複数いらっしゃいますが、一人だけ、というルールなので、差し上げられない方はご容赦ください。
ありがとう御座いました。