宇宙背景放射はなぜ宇宙の外へ出ていかない？

宇宙背景放射に関しての質問です。

「宇宙を満たしている絶対温度２．７度の宇宙背景放射はビッグバンの直接的な証拠であるが、この放射は宇宙のあらゆる方向からやってくる」（『なっとくする宇宙論』二間瀬敏史、より）とあります。

また
「宇宙背景放射は宇宙の温度が下がって電子と陽子が結合して水素原子を生成し、宇宙が放射に対して透明になった時代のスナップショットであると考えられる。」（wikipediaより）とも。

ここで質問なのですが、そのような大昔に生まれた放射なら、とっくの昔に地球を通り過ぎて、宇宙の果てから宇宙の外へ出て行ってもおかしくないような気もするのですが、なぜ、宇宙背景放射は現在も宇宙空間を漂っているのでしょうか？そして現在も漂っていられるということは、宇宙空間を直進するのではなく、カーブしながら宇宙の外へ出ずに周っていると考えられるのでしょうか？
（しかし、観測から宇宙の曲率はほぼゼロに近いのですよね。曲率がほぼゼロならば宇宙背景放射は直進して、宇宙の外へ逃げて行ってしまいそうにも感じるのですが、どうして今でも観測できるのでしょうか？）
宜しくお願いしますm(*-_-*)m

No.9 回答者： FIX 回答日時： 2013/11/02 06:44

すいません、回答ではないのですが。

もし宇宙が閉じていてるのが理由で宇宙背景放射が現在も存在しているのであればその宇宙背景放射はもっとノイズがあり均一ではないのではと考えております。ただ膨張する宇宙空間では電磁波による観測可能な宇宙の大きさより遠くから（昔から）の電磁波は観測できないのでその時点（時間）で宇宙背景放射がなくなってしまうのかと言う疑問が残ります。

宇宙の膨張速度が光速を超えた範囲からの遠くからは宇宙背景放射も到達できないはずですので宇宙年齢がある一定上になると宇宙背景放射はなくなってしまうのでは？。

この回答へのお礼

>もし宇宙が閉じていてるのが理由で宇宙背景放射が現在も存在しているのであれば
>その宇宙背景放射はもっとノイズがあり均一ではないのではと考えております。

なるほど、おっしゃるとおりですね。

私も最初は宇宙が閉じているので、宇宙背景放射が現在も存在しているのではないか？と考えたのですが、どうやらいろいろな方の話を伺うとそうではなく、
宇宙の地平線よりもっと大きく宇宙は膨張しているということでした。（これは自分でも調べてみたのですが、そのようなのです）

宇宙の地平線（＝光速度に宇宙年齢を乗した距離）よりも宇宙は大きく膨張しているのは、非常に不思議に感じます。インフレーション理論を認めれば、確かに地平線問題は解決するのですが、果たして本当にインフレーションがあったのか？！そこらへんを僕は勉強していきたいですね。

回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/02 22:16

No.8 回答者： lazydog1 回答日時： 2013/11/01 21:45

>この宇宙に外がない場合、宇宙の端っこまで到達した放射は跳ね返ってくるのでしょうか？

　この宇宙に端はありません。閉じている場合と開いている場合について、まず閉じている場合から。

　空間3次元はイメージしにくいので、1次元にしましょう。1次元だと、閉じているとは、輪ゴムなどのような輪っかになっているということです。それが一点から拡大してできたことになります。点を拡大して輪にするということは、元の一点は、できた輪のどこにも対応するということです。閉じた一次元宇宙のどこでも、自分を中心にして膨張していくように見えます。点は大きさ０、輪は有限ですから、倍率としては無限大になります。

　元の一点がある温度（体積が０のため無限大とするのが普通）と、それに対応する有限の熱エネルギーを持っていたとすると、それが輪に均等に分散されるなら、輪のどこでも同じ温度になり、輪が広がる程、低温になっていきます。

　開いている場合は、無限に伸びた直線になります（過剰に開くと曲線だが割愛）。この場合、宇宙の開始が一点というイメージを捨てる必要があります。最初から無限大の長さがあります。それが膨張します。

　膨張を開始する開いた一次元宇宙は、線上のどこかを基準にして膨張するのではありません。有限の長さのゴム紐があるとして、両端を持って引き伸ばすとき、どこが中心ということはありません。それが無限の長さで起こるのが一次元宇宙の膨張です。

　この場合も端はないし、中心もありません。膨張開始前の宇宙のどの点でもある温度（やはり通例は無限大とする）と有限の熱エネルギーがあり、それが膨張していく宇宙で均等に分散されれば、どこでも同じ温度を観測することになります。

この回答へのお礼

１次元「線が閉じて輪になっている」
２次元「面が閉じて球になっている」
のはわかります。しかし
３次元空間又は４次元時空が閉じた状態というのが本当に存在するのか？
私には想像できないです。

線の場合の端が無い⇒環状線は端が無い
面の場合の端が無い⇒球面は端が無い
しかし、４次元時空で端が無い状態というのは・・・・うーむ。。。

開いている場合はもっとわからないです。僕の勉強不足か想像力不足ですかね。

回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/02 22:09

No.7 回答者： komaas88 回答日時： 2013/11/01 21:38

ごく単純に考えれば、宇宙空間は半径１３８億後年の球体であり、地球はその中の宇宙空間にあってその一部であるということでしょう。

当然宇宙は閉じられた空間です。
宇宙背景放射とは何かということですが、ビッグバンで恐ろしいエネルギーが一挙に費消されて、その余熱が空間にまだ冷めずに残っているということで、それは何もビッグバンの直接の爆発による衝撃波のようなものではなくて、そのときの膨大な燃えカスが原子結合などの形で空間に均等に散在していて、ほとぼりのようなごくわずかな熱線として、どこに居ても測定できる（恒星の輝きではなく）ということではないのでしょうか。当然ながらそれは宇宙のあらゆる方向からくるはずです。

この回答へのお礼

>ごく単純に考えれば、宇宙空間は半径１３８億後年の球体であり、
>地球はその中の宇宙空間にあってその一部であるということでしょう。
>当然宇宙は閉じられた空間です。

うんうん、納得です。

宇宙背景放射が宇宙のあらゆる方向から来るというのには、納得しました。
しかし、宇宙背景放射というのは光速度で全方位から地球に向かってくるのですから、
宇宙創成からの宇宙膨張が光速より速ければならない、というところがめちゃくちゃ引っかかるのですよ。
言葉を替えていえば、宇宙の地平線より遠くから宇宙背景放射がやってくることに違和感を感じます。

これを解決する方法は、インフレーション理論しかないのでしょうか？

お礼日時：2013/11/02 21:48

No.6 回答者： yappe 回答日時： 2013/11/01 21:13

　１３０億年以上前でも宇宙の大きさは現在観測できる範囲をはるかに超えた大きさであったので背景放射を現在も観測可能なんだと思うのだが

ビックバンッて宇宙の始まりなんですよね　
　それを内側から　電磁波で見ているわけで　　今居る空間も宇宙の一角　　　地間はかなりたっているけど現場って言えば現場なのです

電磁波は光速で伝わります　（密度で多少速度は異なりますが）
今届いたってことはそれだけ遠くのところから来たもの
今から届くのはさらに遠いところからのものだし　近くで発生したものは通りすぎている　　　　　過去にわれわれが居る空間で発生したものはもしかしたら１３８億光年離れた先の知的生命体が観測しているかもよ

この回答へのお礼

>１３０億年以上前でも宇宙の大きさは現在観測できる範囲をはるかに超えた大きさであった

そうなんですか！？
宇宙創成が約１４０億年と言われていますから、１３０億年前で、現在観測できる範囲よりも大きくなったなんて・・・

この問題を考える時、インフレーション理論を支持する人と支持しない人とでは、全く考え方が変わってきますよね。そこはひとつの論点だと思います。

インフレーション理論を認めれば、宇宙創成直後に急激な膨張をとげるので宇宙の大きさはこの時点でかなりの大きさになります。

回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/02 21:42

No.5 回答者： lazydog1 回答日時： 2013/11/01 09:04

　少し気になったんですが、ビッグバンはどこか遠くで起こったと思っていらっしゃるんでしょうか。

あるいは『たまたま』ビッグバンが地球を中心にして起こったとか。

　つまり、宇宙にはどこか中心になる位置があるということです。

　もしそうなら認識を改めてください。宇宙のどこにいても、ビッグバンが起こったのはその場所です。宇宙のどこにいても、自分がいる場所でビッグバンが起こったかのように観測されます。

　それは、宇宙のどこにいても自分を中心にして、自分から遠いものほど速く遠ざかる（後退速度）と観測できることからも分かります。宇宙はどこにも中心はなく、言葉を変えれば、どこでも中心です。

この回答へのお礼

>ビッグバンはどこか遠くで起こったと思っていらっしゃるんでしょうか。
>あるいは『たまたま』ビッグバンが地球を中心にして起こったとか。
>
>　つまり、宇宙にはどこか中心になる位置があるということです。
>
　もしそうなら認識を改めてください。
>宇宙のどこにいても、ビッグバンが起こったのはその場所です。
>宇宙のどこにいても、自分がいる場所でビッグバンが起こったかのように観測されます。

これは了解です。
ビッグバンは１点で爆発して起こって、膨張を続けていますから、宇宙のどこにいても、
自分がいる場所でビッグバンが起こったかのように観測されるのはわかります。

疑問点は２つあります、
（１）宇宙の加速膨張は光速より速いのでしょうか？ハッブルパラメーターの大きさからいって光速より速く宇宙が加速膨張しているとは思えないです。それなのに宇宙の地平線（＝光速度に宇宙年齢を乗じた距離）より遠方から宇宙背景放射がくるというのはどういうことなのでしょうか？
（２）宇宙がどういう形をしているのか？全く想像できません。宇宙に端があるのなら端の近くから出た宇宙背景放射の一部はとっくの昔に、端から宇宙の外へ出てるでしょう。端が無いのなら、宇宙は閉じているということになるのかな？閉じた宇宙では宇宙背景放射は均一に来るのでしょうか？

謎は深まります。

回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/11/02 21:32

No.4 回答者： tetsumyi 回答日時： 2013/11/01 08:19

私もおかしいと思う。

宇宙が閉じていなくて遠くの銀河が光の速度以上で遠ざかっていて見えないのであれば、
宇宙の初期のビッグバンは、遠くの銀河以上の外側であるから宇宙背景輻射として観測できるはずがないと思う。
宇宙背景輻射が観測できるということは、宇宙は閉じているはずである。

この回答へのお礼

今のところ、回答者様の意見が一番しっくりきます。

この宇宙は「閉じた宇宙」だから宇宙背景放射が観測できる。
そう考えないと、いつまでも宇宙空間を宇宙背景放射が漂っているのはおかしいですよね。

回答ありがとうございました♪

お礼日時：2013/11/01 20:28

No.3 回答者： psytex 回答日時： 2013/10/31 12:03

空間の曲率以外に、大局的には時空の相関による

ダイナミックな位相空間が大事になります。
そもそも背景放射は、138億光年彼方のビッグバン
の姿を直接見ている（138億光年彼方＝138億年前）
と言え、観察者を囲む138億光年の球面は、ビッグ
バン開始時の“点”なのです。
そこから膨張した宇宙の果て(138億年後)は、ここ
だけです。
つまり４次元空間としては、138億光年彼方に向かっ
て空間的に収束し、こちらに向かって時間的に収束
している、木の葉のような面＝木の葉の形を貼り合
わせて地球儀を作ったような四次元球面だと言えます。
外へ逃げるも何も、ここに向かって「放射」している
のです。

この回答へのお礼

すみません。私の理解力不足かもしれないのですが、おっしゃってることがよくわからないです。

どこがわからないかというと・・・

（１）時空の相関による位相空間
（２）>膨張した宇宙の果て(138億年後)は、ここだけ
（３）>４次元空間としては、138億光年彼方に向かって空間的に収束し、
>こちらに向かって時間的に収束している、
>木の葉のような面＝木の葉の形を貼り合わせて地球儀を作ったような四次元球面だと言えます。
>外へ逃げるも何も、ここに向かって「放射」しているのです。

お礼日時：2013/11/01 20:38

No.2 回答者： lazydog1 回答日時： 2013/10/31 11:43

　この宇宙に、その外というものがないからです。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

＞この宇宙に、その外というものがないからです。

この宇宙に外がない場合、宇宙の端っこまで到達した放射は跳ね返ってくるのでしょうか？
それとも、環状線のようにうまい具合にぐるりと周ってくるのでしょうか？

お礼日時：2013/11/01 20:32

No.1 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/10/31 08:15

　ごく大雑把に言うと、一点から始まり四方八方に広がっていったということは、右に向かってでた光は左から届く、上に向かって出発した光は下から届くと言うだけです。

宇宙の曲率が正か負かなんて関係ないです。

この回答へのお礼

＞右に向かってでた光は左から届く、上に向かって出発した光は下から届く

これは「閉じた宇宙」（つまり曲率が正）のことをおっしゃっているのではないですか？
それならば納得です。

回答ありがとうございます。

お礼日時：2013/11/01 20:30