宇宙空間って無限？

「宇宙は膨張している」という話を聞いたことがあります。
これを聞いてイメージしたのは風船です。
宇宙には物理的な壁があって、その壁が中心から遠ざかって、宇宙空間が広がっているイメージ。
しかし、そんなはずはないので風船というイメージは違うと思います。
そもそも宇宙空間は無限に広がっているイメージなのですがそれは間違っていますか？
宇宙の膨張をどう解釈すればいいですか？

No.1 ベストアンサー 回答者： finalbento 回答日時： 2024/02/04 22:51

風船と言うイメージで概ね合ってると思います。

つまり風船の膜が宇宙空間で、風船が膨らむように宇宙空間も広がると言う感じです。

ただし風船の場合と違うのは、風船の内側にも外側にも空間が存在しているのに対して、宇宙空間の場合は内側や外側と言うもの自体が存在しないと言う点です。この意味で「物理的な壁」云々と言うイメージは間違っている事になります。

この回答へのお礼

つまり「風船に空気を入れたときの、風船の中の空間の広がり方」ではなく「ゴムを広げたように平面が広がっているのを、3次元に拡張した広がり方」が宇宙空間の広がり方と理解しました。

ところで、元の質問に「宇宙空間は無限に広がっている？」という質問がありましたが、上記の解釈は無限でも有限でも適用できると思います。
その上で、
・宇宙空間は有限ですか？無限ですか？
・有限だった場合、その空間を脱出しようとするとどうなりますか？壁のある有限の空間なら「壁にぶつかる」が答えになりそうですが、壁のない有限の空間の場合はどうなるのでしょうか？

お礼日時：2024/02/04 23:49

No.14 回答者： gyakutennzizou 回答日時： 2024/02/05 23:06

森羅万象、この世の全ては、対のせめぎ合い。

当然に、
有である（物質M±）と、
無で有る（E±）も、出現と消滅のせめぎ合い。

ゆえに、有で有る、宇宙Sの果ては、無のE±が延々と続く。
しかし、その延々の果ては、元の（宇宙S）にたどり着く。

ま～、理解しやすく説明すると、
無を海と仮定する。
そして、有で有る宇宙を孤島と仮定する。
海に孤島が一つだけなら、孤島を離れた果ては、元の孤島にたどり着く。

信じるも良し。
信じないも良し。
好きにしなさい。

BY　逆転地蔵　♪♪(=^・^=)♪♪
・

この回答へのお礼

お礼日時：2024/02/06 00:05

No.13 回答者： e12mv2 回答日時： 2024/02/05 19:02

膨らむ風船と似ているといえば似ている。

どちらも膨張してゆく。

違うのは次元だけ。
風船では拡張してゆくのは風船の表面で２次元の世界だが、宇宙空間の膨張は３次元である。
風船の表面に銀河の絵を描き膨らませる。
その時起こることが、宇宙空間では３次元の現象として起こる、そういうことである。

広がっているのは座標の格子と解釈すればよい。
１センチ×１センチの座標格子が２センチ×２センチになり４センチ×４センチになり・・・、ということである。
銀河や星は座標格子に張り付いていて座標上を移動しない。
しかし座標の方が広がってしまうので銀河や星もその影響を受ける。
銀河や星同士の距離が変わってゆく。
座標格子を認識できない我々からすれば「銀河や星が遠くなってゆく」と見える。

宇宙空間が無限に広がると困った事態が起こる。
宇宙に含まれるエネルギー・質量も無限大になってしまう。
するとどうあろうと宇宙は無限の加速度で潰れてしまう。
宇宙は巨視的に見れば一様で、エネルギーも質量も同じように分布しているからである。

エネルギー・質量が宇宙の一部、たとえば我々の観測可能な宇宙にだけ存在するとするとエネルギー・質量無限大の問題は解決する。
しかし別の問題が生じる。
なぜ地球周辺にだけエネルギー・質量があるかを説明しなければならなくなる。

この回答へのお礼

>宇宙空間が無限に広がると困った事態が起こる。
>宇宙に含まれるエネルギー・質量も無限大になってしまう。

宇宙空間が広がると質量が増えるということですか？
それは空間が広がったから原子が大きくなり質量が増えるということですか？

お礼日時：2024/02/05 19:07

No.12 回答者： ks5512 回答日時： 2024/02/05 12:08

>そもそも宇宙空間は無限に広がっているイメージなのですがそれは間違っていますか？

同意。

>宇宙の膨張をどう解釈すればいいですか？

宇宙ではなくて、銀河系・星々達が広がっている、、、ということ。

イメージ的にはね。

ただ、宇宙の領域というものはまだまだ未観測、未確定なので先入観を見って思考しない方が宜しいかと考えます。

この回答へのお礼

未観測、未確定なことが多くていろんな説があって面白いですね。
今後の学者さんに期待ですね

お礼日時：2024/02/05 14:24

No.11 回答者： tanzou2 回答日時： 2024/02/05 08:11

宇宙空間って無限？

　↑
まだ解っていません。

有限だとすれば、その外がある
はずですが
外には何があるんでしょう。

別の宇宙がある、という説も
あります。

いずれにせよ、仮説以前の、空想の
世界としか言えない状態です。


そもそもですが、無限て何よ？

宇宙の果ての果てまで行き着けば
元の場所に戻る。

これが無限ですかね。
三次元的には無限だ？

この回答へのお礼

無限の解釈って難しいですね。
また、宇宙が有限だと解釈しても「じゃあ外側はどうなってるの？端っこはどうなってるの？」と疑問が湧いて来ちゃいます。
いろんな説があって面白いですね

お礼日時：2024/02/05 14:21

No.9 回答者： finalbento 回答日時： 2024/02/05 01:37

失礼しました。

「宇宙の膨張を一旦無視して」と言う事でしたね。しかしながら宇宙の膨張は宇宙モデルを考えるに当たって必要不可欠な要素のはずなので「宇宙の膨張を無視」と言う前提そのものが不適切(∴そんな場合は考える必要なし)だと思います。

この回答へのお礼

私は「宇宙の膨張速度を一旦無視して」と申しています。

＞宇宙の膨張速度は光速より速いので、言ってみれば「進行方向にレールが作られ続ける線路の上を走る鉄道」

これ自体は理解できますが、では膨張自体はするけど追いつける速度であれば、直感的には、いつかは"端"のようなところに行き着くと思います。

あなたの回答を元に考えると、
端のない有限の空間を定義するには
・その空間は膨張し続ける
・その空間内を移動する速度の上限が存在する
・移動速度の上限は膨張速度より小さい
この条件を満たす必要があると思います。
この考え方は正しいですか？または上記の条件に過不足はありますか？

お礼日時：2024/02/05 02:26

No.8 回答者： finalbento 回答日時： 2024/02/05 01:35

これまでのお礼コメントを見る限りではどうやら宇宙空間を「折る前の折り紙」みたいなものと考えておられるようですね。

「宇宙空間の外」と言うのが「風船の膜以外の空間」と言う意味でないとしたらそうとしか思えないので。

度々書いたようにどんな宇宙モデルを取るにしても「宇宙の外側」そのものが存在していないので「宇宙の外側に向って進む」と言う事も当然不可能です。恐らくは単に「真っ直ぐ進み続ける」と言うイメージだと思いますが、だとすると「開いた宇宙であっても(一周しなかったとしても)やはりどこまでも進み続ける」と言う事になりそうな気がします。宇宙の膨張速度は光速より速いので、言ってみれば「進行方向にレールが作られ続ける線路の上を走る鉄道」みたいな状態だと思います。

No.7 回答者： finalbento 回答日時： 2024/02/05 01:09

線形空間云々の言説が正しいのかどうかは正直疑問のような気がしますが、それはさておき「宇宙空間のある点に目印をつけて一方向に進んだ時に空間を一周して逆方向から辿り着く」と言う事は十分考えられます。

だからこそ球面になぞらえたわけですし、またそのような場合がイメージしやすいと思ったからです。二次元の面が三次元的に曲がって球面になっているように、三次元の宇宙空間が四次元的に(時間軸に相当するものを含めれば「五次元的に」となるのかもしれませんが)曲がって閉じていれば「宇宙空間を真っ直ぐ進んだら後ろから元の場所に」となります。

ただし宇宙空間自体が世界の全体ですから、四次元目(or五次元目)の方向が「宇宙空間の外」とはなりません。前述のように「外」そのものが存在していない(と考えられる)わけですから。

この回答へのお礼

なるほど「宇宙空間のある点に目印をつけて一方向に進んだ時に空間を一周して逆方向から辿り着く」ということがあり得るとは思いもしませんでした。
それなら球体の話も納得です。

それでは思考実験として、宇宙の膨張速度を一旦無視して、宇宙の外側（向きはどこでもいいですが）に向かって進み続けるとどうなると思いますか？

例えば、見えない壁に物理的に阻まれるとか一周して元いた場所に辿り着くとか、、

お礼日時：2024/02/05 01:18

No.6 回答者： finalbento 回答日時： 2024/02/05 00:42

今回のお礼コメントについてですが、そう言う事であれば球面(より一般的には閉曲面)を考えればイメージしやすいと思います。

球面は(二次元的には)境界がありませんが有限の空間です。宇宙空間がそのような空間だとしたら「境界がない有限の空間」と言うのも理解しやすいと思います。

この回答へのお礼

宇宙空間は線形空間ですが、球面は線形空間ではないので、これも適切な例えなじゃないような気がしてしまいます。

球面上を移動しても端を見つけることができないのは、ループしているからであり直感的に理解できます。

例えば、球体のある点に目印をつけ、一方向に進みます。
一周すると目印をつけた点に、進んできた逆方向から辿り着くことがありますが、
宇宙空間のある点に目印をつけて一方向に進んだ時に、空間を一周して逆方向から辿り着くことはあるということですか？

よって、球面の例えも何か違う気がします。

お礼日時：2024/02/05 00:52

No.5 回答者： finalbento 回答日時： 2024/02/05 00:05

「宇宙は有限か無限か」についてはまだ定説はないようですが、質問文にある「有限だった場合、その空間を脱出しようとする」自体が不可能と言う事になると思います。

空間を脱出するためには「空間の外」が存在していないといけないわけですが、その「空間の外」そのものが存在しないからです。

宇宙空間を風船でイメージする場合、恐らくは「宇宙空間の外に脱出」と言うのを「風船の膜から離れて風船の外に出る」と言った状況を想像するでしょうが、実際の宇宙空間の場合は「宇宙空間の外」自体が存在していない(と考えられている)わけです。

この回答へのお礼

有限空間を脱出するのが不可能なのは分かりますが、過程が想像できません。

・壁で囲まれた空間を出ようとすると壁にぶつかって出られません。

・風船の例の場合、宇宙空間を風船の表面という2次元で表現しているので「膜から離れて」という3次元的な移動は適切な対応関係ではないと思います。
それだと宇宙空間という3次元空間から4次元方向に脱出するということになり、私が想像している脱出方法とは違います。

私の疑問は「宇宙空間は数学の座標空間のような無限の広がりはないとすると、その空間では壁のような境界があるのか？無いなら、外側に進み続けるとどうなるのか？」ということです。
ゲームのように見えない壁が存在するのか？

風船の例と対応させると
・我々の宇宙は風船の膜である。
・我々は膜から3次元的に離れることはできず、膜と並行方向に進むことができる。
・膜は無限に広がっていない
・壁のようなものもない
では脱出をしようとするとどうなる？

ということです。

お礼日時：2024/02/05 00:20