宇宙空間の広がり方

Question

天文学の全くの素人ですが教えて下さい。

20年ほど前に読んだ天文学の本に、この宇宙空間は「３次元空間が４次元方向に広がっている」と説明されていました（カールセーガン博士のＴＶ番組「コスモス」にも同じ説明がありました）。この「３次元空間が４次元方向に広がっている」という考え方は、膨張する風船の表面が「２次元空間が３次元方向に広がっている」のと同様であるというもので、よくわかりやすいものでした。

この考え方からは以下のようなことがとてもわかりやすく理解できました。例えば、
・「この宇宙空間は果てはないが有限である」（風船の表面に果てはないが有限である）、
・「ずっと真っ直ぐ進んでいくとやがて同じ地点（自分の背中）に戻ってくる」（風船の表面を真っ直ぐ進んでいくと円を描いて戻ってくる）、
・「宇宙の中心はあるが、その中心点はこの宇宙空間にはない」（膨張する風船の中心は風船内にあるが、風船の表面上にはない）

しかし、最近の天文学の本を見ると、この「３次元空間が４次元方向に膨張している」という説明を全く見ることがありません。最新の天文学ではこのような考え方は否定されているのでしょうか。

どうぞよろしくお願いします。

cozycube1 · Accepted Answer

それは、単なる説明の仕方にしか過ぎません。物理学として、この2次元空間宇宙が、何らかの4次元空間の一部と考える積極的な理由は何もありません。

数学テクニックとして、そういう高次元空間を使うことはあります。しかし、それが物理的実体かどうかは気にしていません。

ごく一部の仮説では、実体があると考えるものはありますが、実証のしようがないのが現実です。しかし、カール・セーガンの時代だと、そういう考え方は無かったかと思います。

セーガンが4次元空間の一部としての3次元空間の説明をしたとき、仮に彼がそれを知っていたとしても、それを念頭に置いて説明をしたのではなかったでしょう。

3次元空間から見た2次元曲面で喩えた。そして、当時は宇宙が閉じていると思われていたので、そういう3次元超曲面を4次元から眺めているような説明を続けた。それだけだと思います。

もう一つは、現在ではこの宇宙が閉じておらず、平らに開いているという説が主流になって来ていることです。これを2次元で喩えると、無限に広がる平面です。確かに3次元空間内として説明しますが、無限をイメージせねばなりません。3次元空間の一部というイメージが、あまりしません。

そうなると、この3次元空間の宇宙が4次元空間の中にあるというイメージにつなげるのも難しくなります。

また、超ひも理論は、それとは関係ない4次元以上話をします。この宇宙が、10次元空間、さらには11次元空間であるといったようなことです。

そういったことで、4次元空間の中にある、3次元空間の宇宙という説明がしづらくなってきたのでしょうね。

skip-man · Answer

私は土素人ですが，考え方の否定ではなく，説明の仕方を変えたのでしょう。
どんな風に変えたかは知りません。気にした事も有りませんから。

ただ，私のように，「３次元空間が４次元方向に広がっている」が全く理解できない人が多いのでしょう。
膨らんでいくゴム風船は，初めっから3次元です。
いくら表面しか調査できない/認識できないにしても，膨らんでいる。表面同士にある物は遠ざかっている。
とは理解できます。そうすると，拡げる為にゴム風船の中に流入していく・膨張していく物の正体は何か?
三次元と紙一重に存在する四次元とは何か? なぜ縮小する方向にならないのか?  破裂しないのか?
膨張が加速しているらしいので，周りの密度が減っているのかもしれませんが，それって4次元なのか?
色々と難しい問題が，本流と違う方向で噴出してくると思います。
だったら4次元という言葉を使わない方が，面倒ではない。と思たのかもしれません。

宇宙空間の広がり方

それは、単なる説明の仕方にしか過ぎません。

私は土素人ですが，考え方の否定ではなく，説明の仕方を変えたのでしょう。

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　それは、単なる説明の仕方にしか過ぎません。