家修理ビッグバンと膨張する宇宙。恥ずかしくて聞けなかった宇宙の膨張に関する5つの質問（写真6枚）

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ビッグバンと膨張する宇宙。恥ずかしくて聞けなかった宇宙の膨張に関する5つの質問（写真6枚）

私たちの太陽とそれに最も近い星々は、銀河系または天の川と呼ばれる広大な星団の一部を形成しています。長い間、これが宇宙全体であると信じられていました。そして1924年になって初めて、アメリカの天文学者エドウィン・ハッブルは、私たちの銀河系が唯一のものではないことを示しました。他にもたくさんの銀河があり、広大な空白の空間で区切られています。これを証明するために、ハッブルは他の銀河までの距離を測定する必要がありました。地球が太陽の周りを公転するとき、大空における星々の位置の変化を記録することで、最も近い星々までの距離を知ることができます。しかし、近くの星とは異なり、他の銀河は非常に遠くにあるため、動いていないように見えます。したがって、ハッブルは距離を測定するために間接的な方法を使用することを余儀なくされました。

現在、星の見かけの明るさは、実際の明るさと地球からの距離という 2 つの要素によって決まります。最も近い星については、見かけの明るさと距離の両方を測定することができ、それによってその明るさを計算することができます。逆に、他の銀河の星の明るさがわかれば、明るさを測定することで距離を計算できます。ハッブルは、特定の種類の星は、測定が可能なほど私たちに近い距離にある場合、常に同じ明るさを持つと主張しました。別の銀河で同様の星が発見されたので、それらは同じ明るさを持っていると仮定できます。これにより、別の銀河までの距離を計算できるようになります。銀河内のいくつかの星に対してこれを実行し、結果の値が一致する場合、結果に非常に自信を持てることができます。同様に、エドウィンハッブルは 9 つの異なる銀河までの距離を計算することができました。

今日、私たちの銀河系は、現代の望遠鏡で観測できる数千億個の銀河のうちの 1 つにすぎず、それぞれの銀河には数千億個の星が含まれている可能性があることがわかっています。私たちは直径約10万光年の銀河に住んでいます。それはゆっくりと回転し、その渦巻き腕の中の星はその中心の周りを億年ごとに約1回転します。私たちの太陽は、渦巻き腕の 1 つの外縁近くにある、ごく普通の中型の黄色の星です。間違いなく、地球が宇宙の中心であると考えられていたアリストテレスやプトレマイオスの時代から、私たちは長い道のりを歩んできました。

星は私たちから遠く離れているため、単なる小さな光の点のように見えます。大きさや形を区別することはできません。科学者はそれらをどのように分類していますか? 大多数の星では、観測できる唯一のパラメーターが確実に決定されます。それは、その色です。
放射線。ニュートンはプリズムを通すと次のことを発見しました日光虹と同じ、構成する色のセット (スペクトル) に分解されます。特定の星や銀河に望遠鏡の焦点を合わせると、その天体からの光のスペクトルを観察できます。星が異なればスペクトルも異なりますが、スペクトル内の個々の色の相対的な明るさは、非常に熱い物体の輝きで検出できる明るさとほとんどの場合一致します。これにより、星のスペクトルから温度を計算できるようになります。さらに、星のスペクトルでは特定の色の欠如を検出できますが、これらの色は星ごとに異なります。各化学元素は、その化学元素に特徴的な一連の色を吸収することが知られています。したがって、星の発光スペクトルに欠けている線を特定することによって、どの化学元素がその外層に含まれているかを正確に決定することができます。

1920年代に始まりました。他の銀河の星のスペクトルを研究することにより、天文学者は驚くべき事実を発見しました。それらは私たちの銀河の星と同じ一連の色の線を持っていませんでしたが、すべての線がスペクトルの赤い部分に向かって同じ量だけシフトしていました。。唯一の合理的な説明は、銀河が私たちから遠ざかっており、これによりドップラー効果による光波の周波数の減少（いわゆる赤方偏移）が引き起こされるというものでした。

高速道路を走る車の騒音に耳を傾けてください。車が近づくにつれて、エンジン音の周波数が高くなります。音波車を取り外すときに以下の作業が行われます。光や電波でも同じことが起こります。実際、ドップラー効果は交通警察によって使用され、送受信される無線信号の周波数を変更することによって車の速度を決定します (周波数シフトは反射物体、つまり車の速度に依存します)。

ハッブルは他の銀河の存在を発見した後、それらの距離のカタログを作成し、スペクトルを観測し始めました。当時、銀河は完全に無秩序に移動しているため、同じ数の銀河の中に赤方偏移と青方偏移の両方を持つスペクトルが見つかるはずだと多くの人が信じていました。すべての銀河が赤方偏移を示すことが発見されたときの一般的な驚きを想像してみてください。それぞれが私たちから離れていきます。さらに衝撃的なのは、ハッブルが 1929 年に発表した結果です。各銀河の赤方偏移値もランダムではなく、銀河と太陽系の間の距離に比例します。言い換えれば、銀河が私たちから遠ざかるほど、銀河はより速く遠ざかっていくのです。

これは、これまで考えられていたように、宇宙が静止しているはずはなく、実際には膨張していることを意味しました。銀河間の距離は常に広がっています。宇宙が膨張しているという発見は、20 世紀の主要な知的革命の 1 つになりました。振り返ってみると、なぜ今まで誰もこれを思いつかなかったのか不思議に思うでしょう。ニュートンらは、静止した宇宙が重力の影響ですぐに崩壊してしまうことを認識していたはずだ。しかし、宇宙が静止しているのではなく、膨張していると想像してください。膨張率が低い場合、重力によって遅かれ早かれ膨張が止まり、圧縮が始まります。しかし、膨張率がある臨界値を超えると、重力ではそれを止めることができなくなり、宇宙は永遠に膨張してしまいます。ロケットの打ち上げ時にも同様のことが起こります。
地球の表面から。ロケットが必要な速度に達しない場合、重力によってロケットは停止し、後退し始めます。一方、一定の臨界値 (約 11.2 km/s) を超える速度では、重力によってロケットを地球の近くに保持できなくなり、地球から永久に遠ざかってしまいます。

このような宇宙の挙動は、19 世紀や 18 世紀にはニュートンの万有引力の法則に基づいて予測できました。 XVII後期 V. しかし、宇宙が静止しているという信念は非常に揺るぎないもので、それは 20 世紀初頭まで続きました。アインシュタイン自身、1915 年に一般相対性理論を定式化したときも、宇宙の定常性を確信し続けました。彼はこの考えを捨てきれず、いわゆる宇宙定数を方程式に導入することで理論を修正しました。この値は、他のすべての物理的な力とは異なり、特定の源から来るのではなく、時空の構造そのものに「組み込まれている」特定の反重力を特徴づけます。宇宙定数は時空に固有の膨張傾向を与え、これは宇宙に存在するすべての物質の相互引力のバランスをとるために、つまり宇宙の定常性のために行われる可能性があります。当時、一般相対性理論を額面通りに受け入れる準備ができていたのはただ一人だけだったようです。アインシュタインや他の物理学者が一般相対性理論に基づく宇宙の非定常性を回避する方法を模索している一方で、ロシアの物理学者アレクサンダー・フリードマンは代わりに独自の説明を提供した。

フリードマンのモデル

宇宙の進化を記述する一般相対性理論の方程式は、詳細に解くには複雑すぎます。

そこでフリードマン氏は、代わりに次の 2 つの単純な仮定を受け入れることを提案しました。

(1) 宇宙はどの方向から見てもまったく同じに見えます。
(2) この条件はすべての点に対して有効です。

一般相対性理論とこれら 2 つの単純な仮定に基づいて、フリードマンは、宇宙が静止していると期待すべきではないことを示すことができました。実際、彼は 1922 年に、数年後にエドウィンハッブルが発見したことを正確に予測しました。

宇宙はどの方向でも同じに見えるという仮定は、もちろん、現実に完全に真実であるわけではありません。たとえば、私たちの銀河系の星々は、夜空に天の川と呼ばれるはっきりと見える光の帯を形成しています。しかし、遠くの銀河に目を向けると、さまざまな方向で観測される銀河の数はほぼ同じであることがわかります。したがって、宇宙はどの方向から見ても比較的均一に見えます。宇宙規模、銀河間の距離に匹敵します。

長い間、これはフリードマンの仮定、つまり現実の宇宙への大まかな近似を正当化する十分な根拠であると考えられていました。しかし、比較的最近、嬉しい事故により、フリードマンの仮定が私たちの世界を驚くべき正確さで記述していることが証明されました。 1965 年、アメリカの物理学者アルノペンジアスとロバートウィルソンは、ニュージャージー州のベル研究所で、周回人工衛星と通信するための超高感度マイクロ波受信機の開発に取り組みました。彼らは、受信機が必要以上に多くのノイズを拾っていること、およびそのノイズが特定の方向から来ているわけではないことを非常に懸念していました。彼らは、大きなホーンアンテナの中に溜まった鳥の糞を取り除き、騒音の原因の調査を開始しました。誤動作の可能性。彼らは、アンテナが真上に向けられていない場合、大気のノイズが増幅されることを知っていました。これは、垂直から斜めに見ると大気が厚く見えるためです。

アンテナをどの方向に向けても追加のノイズは変わらないため、ノイズの発生源は大気の外にあるはずです。地球が自転し、太陽の周りを公転しているにもかかわらず、騒音は一年を通して昼も夜も変わりませんでした。これは、放射線源が太陽系の外、さらには銀河系の外にあることを示しており、そうでない場合は、アンテナが地球の動きに応じて向いていることが判明すると、信号強度が変化する可能性があります。異なる方向.

実際、私たちは今、放射線が私たちに到達する途中で、観測可能な宇宙全体を横切る必要があったことを知っています。異なる方向でも同じであるため、宇宙はすべての方向で（少なくとも大規模では）均一でなければなりません。どの方向を見ても、宇宙線の「背景ノイズ」の変動は 1/10,000 未満であることがわかっているため、ペンジアスとウィルソンは、フリードマンの最初の仮説の驚くほど正確な確認に遭遇しました。

同じ頃、近くのニュージャージー州から他の2人のアメリカ人物理学者がプリンストン大学、ボブ・ディックとジム・ピーブルズも宇宙マイクロ波放射に興味を持つようになりました。彼らは、かつてアレクサンダー・フリードマンの学生だったジョージ（ジョージ）・ガモフの仮説に取り組みました。それは、宇宙は発達の初期段階では非常に高密度で熱く、「白熱」まで加熱されていたというものでした。ディックとピーブルズは、初期宇宙の最も遠い部分からの光がちょうど地球に到達しているため、その過去の輝きをまだ観察できると結論付けました。しかし、宇宙の膨張により、この光は明らかに非常に大きな赤方偏移を起こしており、現在ではマイクロ波放射の形で私たちに認識されるはずです。ディックとピーブルズはちょうどそのような放射線を探していたところ、ペンジアスとウィルソンが彼らの研究について聞いて、彼らが探していたものをすでに見つけていることに気づきました。この発見により、ペンジアスとウィルソンは賞を受賞しました。ノーベル賞 1978 年に物理学の博士号を取得しましたが、これはディックとピーブルズにとって少し不公平に思えます。

一見すると、宇宙がどの方向でも同じに見えるというこの証拠は、地球がある種の空間を占めていることを示唆しています。特別な場所宇宙の中で。たとえば、すべての銀河が私たちから遠ざかっているため、私たちは宇宙のまさに中心にいると想像できます。しかし、別の説明もあります。宇宙はどの方向から見ても、他の銀河から見ても同じに見えるのかもしれません。すでに述べたように、これはフリードマンの 2 番目の仮定でした。

この仮定を支持または反論する証拠はありません。私たちは謙虚さからのみ信仰に基づいてそれを受け入れます。もし宇宙が私たちの周囲のどの方向でも同じに見えても、他の点ではそうではなかったとしたら、それは非常に驚くべきことでしょう。フリードマンのモデルでは、すべての銀河は互いに遠ざかります。表面に斑点が描かれた風船を想像してください。風船が膨らむと、任意の 2 つの点の間の距離は増加しますが、どちらの点も膨張の中心とは言えません。さらに、スポット間の距離が離れるほど、スポットはより速く互いに遠ざかります。同様に、フリードマンのモデルでは、任意の 2 つの銀河の後退速度はそれらの間の距離に比例します。したがって、銀河の赤方偏移は地球からの距離に正比例するはずであり、これがハッブルによって発見されたものです。

フリードマンのモデルは成功し、ハッブルの観測結果と一致していることが判明したという事実にもかかわらず、長い間西側ではほとんど知られていなかった。彼らがそのことを知ったのは、1935 年にアメリカの物理学者ハワード・ロバートソンとイギリスの数学者アーサー・ウォーカーが、ハッブルによって発見された宇宙の均一膨張を説明するために同様のモデルを開発した後でした。

フリードマンは 1 つのモデルのみを提案しましたが、彼の 2 つの基本的な仮定に基づいて 3 つのモデルを構築できます。異なるモデル。そのうちの最初のもの (フリードマンが定式化したもの) では、膨張は非常にゆっくりと起こるため、銀河間の重力によって徐々に速度がさらに遅くなり、その後停止します。その後、銀河は互いに向かって動き始め、宇宙は収縮します。 2 つの隣接する銀河間の距離は、最初にゼロから特定の最大値まで増加し、その後再びゼロまで減少します。

2 番目の解決策では、膨張率が非常に高いため、重力によって多少の速度は低下しますが、重力で膨張を止めることはできません。このモデルにおける隣接する銀河の分離は距離ゼロから始まり、その後一定の速度で分散します。最後に、3 番目の解決策があります。この解決策では、宇宙の膨張率は、逆圧縮または崩壊を防ぐためにのみ十分です。この場合、除算もゼロから始まり、無限に増加します。ただし、膨張速度はゼロにはならないものの、常に減少しています。

最初のタイプのフリードマンモデルの注目すべき特徴は、宇宙は空間的に無限ではないが、空間には境界がないことです。この場合の重力は非常に強いため、空間が曲がり、地球の表面のように閉じます。各地を旅する地球の表面一方向では、乗り越えられない障害に遭遇することはなく、「地球の端」から落ちる危険もなく、ただ出発点に戻るだけです。これはフリードマンの最初のモデルの空間ですが、地表に固有の 2 次元の代わりに 3 次元があります。 4 番目の次元である時間の範囲は有限ですが、始まりと終わりという 2 つのエッジまたは境界を持つ線にたとえることができます。次に、一般相対性理論の規定と量子力学の不確定性原理の組み合わせにより、空間と時間の有限性が許容されると同時に、それらには制限や境界がないことを示します。宇宙旅行者が宇宙を一周して出発点に戻るというアイデアは、SF 小説には適していますが、実用的な価値なぜなら、これは証明できるからです。旅行者が最初に戻る前に、宇宙はゼロ次元に縮小します。宇宙が存在しなくなる前に出発点に戻るために、この哀れな男は光よりも速く移動しなければなりませんが、悲しいことに、私たちが知っている自然法則はそれを許可しません。

私たちの宇宙に対応するフリードマンモデルはどれですか? 宇宙の膨張は止まり、圧縮に変わるのでしょうか、それとも永遠に続くのでしょうか? この質問に答えるには、宇宙の膨張率とその膨張率を知る必要があります。平均密度現在。この密度が膨張率によって決まる特定の臨界値よりも小さい場合、重力引力が弱すぎて銀河の後退を止めることができなくなります。密度が臨界値より大きい場合、遅かれ早かれ重力によって膨張が止まり、逆圧縮が始まります。

ドップラー効果を使用して、他の銀河が私たちから遠ざかっている速度を測定することで、現在の膨張率を知ることができます。これは高精度で行うことができます。しかし、銀河までの距離は間接的な方法で測定されているため、あまりよくわかっていません。私たちが知っていることは 1 つあります。宇宙は 10 億年ごとに約 5 ～ 10% 膨張しているということです。しかし、現在の宇宙の物質密度の推定値は、さらに大きな不確実性の影響を受けます。

私たちと私たちの目に見える他の銀河にあるすべての星の質量を合計すると、その合計は、たとえ最も遅い速度であっても宇宙の膨張を止めるのに必要な値の100分の1未満になります。しかし、私たちの銀河や他の銀河には、たくさんの暗黒物質は私たちが直接観察することはできませんが、その影響は星や銀河ガスの軌道に対する重力の影響を通じて検出されます。さらに、ほとんどの銀河は巨大な銀河団を形成しており、これらの銀河団内の銀河間にさらに多くの暗黒物質が存在することは、それが銀河の運動に及ぼす影響によって予測することができます。しかし、これだけの暗黒物質を加えても、膨張を止めるのに必要な量の10分の1しか得られません。しかし、私たちによってまだ確認されていない他の形態の物質が存在する可能性があり、それによって宇宙の平均密度が臨界値に上昇し、膨張が止まる可能性があります。

したがって、既存の証拠は、宇宙が明らかに永遠に膨張することを示唆しています。しかし、それに賭けないでください。宇宙が崩壊する運命にあるとしても、少なくとも同じ期間膨張し続けているので、今から数百億年より早く崩壊することはないということだけは確信できます。だから心配する必要はありません前倒し。もし私たちが太陽系の外に定住できなければ、人類はそのずっと前に、私たちの星である太陽とともに滅びることになります。

ビッグバン

特徴的な機能フリードマンのモデルから得られるすべての解決策は、彼らによれば、遠い昔、100億年か200億年前には、宇宙の隣り合う銀河間の距離はゼロだったはずだ、というものです。ビッグバンと呼ばれるこの瞬間、宇宙の密度と時空の曲率は無限に大きかった。これは、フリードマンモデルのすべての解の基礎となる一般相対性理論が、宇宙における特別な特異点の存在を予測していることを意味します。

私たちの科学理論はすべて、時空が滑らかでほぼ平坦であるという前提に基づいて構築されているため、時空の曲率が無限であるビッグバンの特異性 (特異点) ですべて破綻します。これは、たとえビッグバンの前に何らかの出来事が起こったとしても、ビッグバンの瞬間の予測可能性はすべて破られているため、その後に何が起こったかを判断するためにそれらを使用することはできないことを意味します。したがって、ビッグバン後に何が起こったかを知っているだけでは、ビッグバン以前に何が起こったかを確立することはできません。私たちに当てはめると、ビッグバン以前のすべての出来事には何の影響もないため、宇宙の科学モデルの一部にはなり得ません。私たちはそれらをモデルから除外し、時間はビッグバンから始まったと言わなければなりません。

時間には始まりがあるという考えを好まない人は多くいますが、それはおそらく、それが神の介入の匂いがするからでしょう。 (反対側では、カトリック教会ビッグバンモデルに着目し、1951年にこのモデルは聖書と一致すると公式に宣言した。）ビッグバンがそもそも存在したという結論を回避する試みがなされてきた。静止宇宙の理論は最も広く支持されました。これは、ナチス占領下のオーストリアから逃亡したヘルマン・ボンディとトーマス・ゴールド、そして戦時中にレーダーの改良に協力した英国人のフレッド・ホイルによって 1948 年に提案されました。彼らの考えは、銀河が離れていくにつれて、銀河の間の空間で新しく形成された物質から新しい銀河が絶えず形成されているというものでした。宇宙はいつでも、また空間のどの点から見てもほぼ同じに見えるのはこのためです。

静止した宇宙の理論は、新しい物質の絶え間ない形成を可能にする一般相対性理論のそのような変化を必要としましたが、その形成速度は非常に低く、1年に1立方キロメートルあたり素粒子約1個でした。ボンディ、ゴールド、ホイルは実験データと矛盾しませんでした。彼らの理論は「健全」でした。つまり、それは十分に単純であり、実験的にテストできる明確な予測を提供しました。そのような予測の 1 つは、空間の任意の体積にある銀河または銀河に似た天体の数は、宇宙のどこを見ても、いつでも同じであるというものでした。

1950 年代後半から 1960 年代前半。マーティン・ライル率いるケンブリッジの天文学者のグループは、宇宙空間の電波放射源を調査した。これらの情報源のほとんどは私たちの銀河系の外側にあるはずであり、その中には強いものよりも弱いもののほうがはるかに多いことが判明しました。弱い音源はより遠くにあると考えられ、強い音源はより近くにあると考えられました。もう一つ明らかになったのは、単位体積あたりの近くの発生源の数は、遠くにある発生源よりも少ないということです。

これは、私たちが宇宙の他の地域よりも電波源の密度がはるかに低い広大な領域の中心に位置していることを意味している可能性があります。あるいは、電波が私たちに届き始めたばかりの過去には、現在よりもはるかに多くの放射線源があったという事実。最初の説明と 2 番目の説明は両方とも、静止宇宙の理論に矛盾しました。さらに、1965 年にペンジアスとウィルソンによって発見されたマイクロ波放射は、宇宙が過去のある時点ではるかに密度が高かったに違いないことも示しました。したがって、静止宇宙の理論は、後悔がないわけではありませんが、葬られました。

ビッグバンがあり時間は始まったという結論を回避する別の試みが、1963年にソ連の科学者エフゲニー・リフシッツとアイザック・カラトニコフによって行われた。彼らは、ビッグバンはある種の現象を表しているのではないかと示唆しました。特定の機能フリードマンのモデルは、結局のところ、現実の宇宙の単なる近似にすぎません。おそらく、現実の宇宙を近似的に記述するすべてのモデルの中で、ビッグバン特異点を含むのはフリードマンのモデルだけでしょう。これらのモデルでは、銀河は宇宙空間に直線的に散在します。

したがって、過去のある時点で、それらがすべて同じ地点に位置していたことは驚くべきことではありません。しかし、実際の宇宙では、銀河は直線に沿ってではなく、わずかに湾曲した軌道に沿って散乱します。したがって、初期位置では、それらは同じ幾何学的点に配置されず、単に互いに非常に近かっただけです。したがって、現在膨張している宇宙はビッグバン特異点からではなく、より初期の収縮段階から生じた可能性が高いと考えられます。宇宙の崩壊中、すべての粒子が互いに衝突する必要はなかったが、一部の粒子は直接衝突を避けて飛び散り、今日私たちが観察している宇宙の膨張の図を作り出すことができた。それでは、本当の宇宙はビッグバンから始まったと言えるでしょうか?

リフシッツとカラトニコフは、フリードマンのモデルとほぼ同様の宇宙モデルを研究しましたが、不均一性とランダムな分布現実の宇宙における銀河の速度。彼らは、銀河が厳密に直線的に散乱しない場合でも、そのようなモデルがビッグバンから始まる可能性があることを示しました。しかし、リフシッツとカラトニコフは、これはすべての銀河が直線上を移動する特定のモデルでのみ可能であると主張した。

フリードマンのような、ビッグバン特異点を含まないモデルのほうが、ビッグバン特異点を含むモデルよりはるかに多いため、ビッグバンの確率は極めて低いと結論づけなければならない、と科学者らは推論した。しかし、後に研究者らは、フリードマンのような、特異点を含み、銀河が特定の方向に移動しないはずのモデルのクラスの方がはるかに大きいことを認識する必要がありました。そして1970年に彼らは仮説を完全に放棄した。

リフシッツとカラトニコフによって行われた研究は、一般相対性理論が正しければ宇宙に特異点、つまりビッグバンが存在する可能性があることを示したので、価値がありました。しかし、彼らは重要な疑問を解決しなかった: 一般相対性理論は、私たちの宇宙には時間の始まりであるビッグバンがあったに違いないと予測するのか? これに対する答えは、1965 年に英国の物理学者ロジャーペンローズによって最初に提案された、まったく異なるアプローチによって提供されました。ペンローズは、相対性理論におけるいわゆる光錐の挙動と、重力が常に星に引力を引き起こすという事実を利用して、星が星に存在することを示しました。それら自体の重力の影響で崩壊するものは、境界がゼロ次元に圧縮された領域内に含まれます。これは、星のすべての物質が体積ゼロの一点に圧縮され、物質の密度と時空の曲率が無限大になることを意味します。言い換えれば、ブラックホールとして知られる時空領域に含まれる特異点が存在するということです。

一見すると、ペンローズの結論は、ビッグバン特異点が過去に存在したかどうかについて何も語っていませんでしたが、ペンローズが定理を推測したのと同時に、当時大学院生だった私は、それを完了できる数学的問題を必死に探していました。私の論文。ペンローズの定理の時間の方向を逆にして、崩壊を膨張に置き換えたとしても、現在の宇宙が大規模なフリードマンのモデルにほぼ対応している限り、定理の条件は同じままであることに気づきました。ペンローズの定理から、どんな星の崩壊も特異点で終わるということになり、時間逆転を使った私の例は、フリードマン膨張宇宙は必ず特異点から生じることを証明しました。純粋に技術的な理由から、ペンローズの定理では宇宙が空間的に無限であることが必要でした。これを使用して、特異点が 1 つの場合にのみ発生することを証明できます。高速フリードマンモデルだけが空間内で無限であるため、膨張には宇宙の逆圧縮が含まれません。

いくつかの来年私はこれや他のものを排除する新しい数学的手法を開発しました技術仕様特異点が存在するはずであることを証明する定理から。その結果、ペンローズと私が1970年に発表した共同論文は、一般相対性理論が正しく、宇宙の物質の量が私たちが観測した量と一致するのであれば、ビッグバン特異点は存在していたに違いないと主張した。

その後、リフシッツとカラトニコフが宣言した「党路線」を固守するソ連の科学者からの意見もあれば、アインシュタインの理論の美しさを傷つける特異点という概念自体に嫌悪感を抱く科学者からの意見もあった。しかし、数学の定理を議論するのは困難です。したがって、宇宙には始まりがあったに違いないと現在では広く受け入れられています。

宇宙は膨張しています。しかし、ある意味では、この拡大はまだ直接観察されていない。理論家たちは構築を進めている。さまざまなモデル、それを説明することはできますが、リアルタイムで宇宙物体がどのように遠ざかっていくのかはわかりません。

観測の精度は大幅に向上する必要があり、現在の技術では、このプロセスを示すデータが蓄積されるまでに何世紀も、少なくとも数十年も待たなければなりません。

宇宙の膨張を示すモデルを構築するには、通常、膨張する宇宙を膨張する風船に例えます。同時に、「観察エリア」全体が完全かつ瞬時に利用可能であると仮定します。実際、銀河を観察するのが遠くなるほど、その光が私たちの目の網膜に到達するまでにかかる時間が長くなります。その結果、この光が放射された瞬間、銀河は「あまり膨張していない」球の表面上にあるように見えました。私たちが観察した最も遠い銀河は、「球」が非常に小さかった時代に見ることができます。したがって、光の速度が有限であるため、私たちは周囲の世界の非常に歪んだ画像を見ることになります。

この膨張する宇宙のモデルの特徴は、一種の「外から見た視点」です。それはまるで「余分な」次元から見ているかのようであり、さらに、単一の「宇宙時計」を使用してプロセスを観察し、すべてを一度に見ることができます。つまり、私たちは宇宙全体を一度にカバーし、無限の速度で情報を受信します。この「神の見方」は、普通の観察者にはアクセスできません。

私たちは地球、宇宙の中にいます。信号は有限の速度、つまり光の速度で私たちに届きます。したがって、私たちは遠くにある物体を、遠い過去のように見ています。天文学では、赤方偏移はスペクトルが赤へシフトすることです。この現象は、ドップラー効果、重力赤方偏移、またはそれらの組み合わせの発現である可能性があります。宇宙の空間の膨張によって引き起こされる宇宙論的な赤方偏移と、銀河の固有運動によるドップラー効果に関連する赤（または紫）の偏移の両方が、銀河スペクトルの線のシフトに寄与します。

遠方の銀河のスペクトルにおける赤方偏移の発見に続いて、それは「旅の疲れ」のようなものによって引き起こされていることが示唆されました。何らかの未知のプロセスにより、光子は光源から遠ざかるにつれてエネルギーを失い、それによって「赤く」なります。

しかし、この仮説は観察と一致しません。たとえば、星が超新星として爆発すると、燃え上がってから暗くなります。銀河までの距離を決定するために使用されるタイプ 1a 超新星は、崩壊時間が約 2 週間です。この期間中に、一定数の光子が放出されます。「疲労」仮説では、移動中にエネルギーが失われるが、観察者は依然として 2 週間続く光子の流れを見るだろうと述べています。膨張する空間では、光子自体が（エネルギーを失うため）「引き伸ばされる」だけでなく、その流れも「引き伸ばされる」。したがって、それらすべてが地球に「到着」するには2週間以上かかります。

宇宙論における距離には 2 つの問題があります。それは、すべてのものは互いに非常に遠くに位置し、急速に移動することです。光が光源から観察者に届くまでに、その距離は大きく変化します。同時に、「今」の物体までの距離を直接測定することはできません。これは、この手順には信号の伝播に伴う有限の (そして一般的に言えば、かなり長い) 時間がかかるためです。単に、私たちは遠くにある物体を実際には見えていないのです。彼らは今のところにいる。これはすべてを複雑にします。なぜなら、私たちは日常の経験から、すべてを「今あるように」想像することに慣れているからです。宇宙論では、「現時点」での距離と速度は次の観点からのみ計算できます。あるモデルあるいは、助けを借りずに何らかの「回りくどい方法」で彼らを得る現代の手法観察。

宇宙が拡大するにつれて、観測可能な領域の半径は 140 億光年を超えています。光が進むにつれて、光が通過する空間は拡大します。それが私たちに到達するまでに、それを放出した銀河までの距離は、光子の「移動」時間（およそ秒）から単純に計算されるよりも大きくなります。

多くの人は昨日の出来事は一昨日よりよく覚えていますが、1週間前のことはまったく覚えていません。しかし、子供時代や青春時代のいくつかの思い出は、まるですべてが昨日起こったかのように、彼らにとって輝いています。私たちのような銀河を取り上げると、一定の距離までは（遠くの物体を見るとき、私たちは過去を見ていることになります！）、銀河がどんどん小さく見えることがわかります。しかし、その後 - 見よ！ - 表示されるサイズが増加し始めます。これは、観測された銀河からの光は、宇宙がまだ若かった頃、つまり私たちがずっと近づいていた頃に発せられたものだからです。したがって、遠くの物体までの角距離も同様に奇妙な方法で変化します。光線間の角度は、「平らな」宇宙を伝播するときに変化しません。したがって、宇宙物体までの角距離は、放出の瞬間に宇宙物体がどれだけ離れていたかによってのみ決まります。

適切な距離は、オブジェクト間の物理的な距離です。宇宙の膨張に合わせて変化していきます。通常、すべての記事やニュースで言及される距離は、放射の瞬間から光源から移動する光の経路に等しいです。信号の伝播中に宇宙が著しく膨張する時間がなかった比較的短い距離では、それ自体の値とほぼ同じになります。付随する座標は、宇宙の拡大とともに拡大する座標グリッドに関連付けられています。オブジェクトに対するオブジェクトの位置は変化しませんが、スケール係数の変化に応じてオブジェクト間の適切な距離は増加します。角距離が放射線の放出の瞬間の固有距離に等しいことが重要です。

これまで、地平線は「地球と空が接する線」として昇っていました。宇宙に対する私たちの理解が進むにつれて、科学者の語彙にはますます多くの「地平線」が現れ始めましたが、それは（私たちの世界で可能な最大速度が光の速度によって制限されているという理由だけで）達成することは不可能でした。粒子の地平線は拡大する球体であり、その半径は最も遠い光源までの距離によって決まり、原理的には特定の瞬間に観測可能です（光子を受け取った瞬間の物体までの距離について話しています）、放出の瞬間ではありません）。光子が移動している間、宇宙は膨張しているため、そのような地平線は、光の速度に膨張が始まってからの時間を乗じたものとして定義することはできません。しかし、宇宙の進化のそれほど初期ではない瞬間に生じた銀河としての粒子について話しているのであれば、そのような地平線は加速モデルにも含まれることになります。それは私たちの宇宙にも存在します。事象の地平線までの距離は、今送信されている光信号が（現時点で）到達できる粒子までの距離です。銀河の赤方偏移は 1.8 程度です。このような銀河からの光が私たちに届くまでには100億年かかります。

放出の瞬間、彼らは私たちから57億光年離れていました（放出時の彼ら自身の距離）。現在、彼らは161億光年離れており（現時点での距離）、将来宇宙の力学が根本的に変わらない限り、私たちが彼らに送った信号は決して彼らに届くことはありません。逆に言えば、私たちは今、彼らの中で起こっている出来事を見ることは決してないでしょう。

事象の地平線までの距離は、現時点でのそのような銀河までの距離に対応していることが判明しましたが、私たちは今、それらの銀河を遠い過去と同じように見ています。この意味で、事象の地平線は見えませんが、その位置は赤方偏移 1.8 で観測される銀河の現代の位置に対応していると言えます。ハッブルの法則によれば、遠くの物体が遠ざかる速度は距離に正比例します。ここでは現時点での自分自身の距離の変化率について話します。

後退速度が光速と等しくなる距離を「ハッブル球」といいます。放射の瞬間と現在の両方でその境界の外側にある光源があります。つまり、その脱出速度は当時も現在も光の速度よりも高速です。

現在の宇宙論モデル (約 70% の暗黒エネルギー寄与) では、赤方偏移が約 1.5 を超える観測されたすべての光源は現在、私たちから遠ざかろうとしています。より速い速度スヴェタ。つまり、互いに遠く離れた点の相対速度は光速によって制限されません。

時間の始まりを持つ仮説上の静止宇宙では、粒子の地平線は光の速度で膨張する球体です。この世界の「創造」から 50 億年後、銀河の 1 つに観測者が現れた場合、彼にとってこの粒子の地平線は半径 50 億光年の球体であることが判明します。さらに10億年後には、その半径は60億光年になるでしょう。

「時間ゼロ」で放出された最初の光子を想像してみましょう。彼の動きの速さに合わせて、等速光に空間の膨張速度が加わります。宇宙の存在中に、この光子は放出場所から 460 億光年の距離まで移動しました (光子は約 137 億光年を「単独で」飛行し、残りは宇宙の膨張により飛行しました)。したがって、膨張率を考慮に入れなければ、これほどの距離をカバーするには460億年かかることになる。 CMBは宇宙が誕生してから38万年が経った頃に誕生しました。これに伴う赤方偏移は 1089 です。現在、この放射線を発した源までの適切な距離はほぼ 460 億光年です。

観察者は自分の世界の限られた部分しか見ることができません。現在の粒子の地平線の向こうに宇宙がどのようなものであるかを知ることは私たちには不可能です。宇宙が加速膨張を続ければ、遠い将来であっても粒子の地平線の向こうに宇宙がどのように見えるかを確認することは不可能になるでしょう。そして私たちの望遠鏡は、その時代を「覗く」ことはできません。空間プラズマで満たされており、自由光子は含まれていませんでした。

セルゲイ・ポポフとアレクセイ・トポレンスキーによる資料に基づき、セルゲイ・リャボシャプコ（サマラ）が作成

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宇宙は静的なものではありません。これは、1929 年、つまりほぼ 90 年前の天文学者エドウィンハッブルの研究によって確認されました。このアイデアは、銀河の動きの観察によって彼に示唆されました。 20 世紀末の天体物理学者のもう 1 つの発見は、宇宙の加速膨張の計算でした。

宇宙の膨張を何といいますか?

科学者が宇宙の膨張について言及しているのを聞いて驚く人もいます。ほとんどの人は、この名前を経済や否定的な期待と関連付けます。

インフレーションとは、宇宙が出現した直後に急激に加速して膨張する過程です。「インフレーション」を英語に翻訳すると、「ポンプアップ」、「膨張」を意味します。

宇宙のインフレーション理論の一要素としてのダークエネルギーの存在についての新たな疑念が、膨張理論の反対者によって利用されています。

その後、科学者たちはブラックホールのマップを提案しました。初期データは、後の段階で取得されるデータとは異なります。

6 万個のブラックホールがあり、最も遠いもの同士の距離は 1,100 万光年以上あり、4 年前のデータです。
1,300万光年の距離にブラックホールを持つ18万の銀河。ロシアの核物理学者を含む科学者が2017年初めに入手したデータ。

天体物理学者によれば、この情報は矛盾していませんクラシックモデル宇宙。

宇宙の膨張率は宇宙学者にとっての課題である

宇宙論者や天文学者にとって、膨張率は確かに課題です。確かに、宇宙論者は、宇宙の膨張率には一定のパラメーターはなく、膨張が加速し始めたとき、その矛盾は別の平面に移動したと主張しなくなりました。非常に遠い最初のタイプの超新星銀河のスペクトル内をさまようデータは、膨張が突然の過程ではないことを証明しています。

科学者たちは、宇宙は最初の50億年間収縮したと信じています。

ビッグバンの最初の結果は、まず強力な膨張を引き起こし、その後圧縮が始まりました。しかし、暗黒エネルギーは依然として宇宙の成長に影響を与えていました。しかも加速付きで。

アメリカの科学者たちは、加速がいつ始まったかを調べるために、さまざまな時代の宇宙の大きさの地図を作成し始めました。超新星爆発や古代銀河の集中方向を観察することで、宇宙学者は加速の特徴に気づきました。

なぜ宇宙は「加速」しているのか

当初、マップ内の加速度値は直線的ではなく、正弦波になっていることがわかりました。それは「宇宙の波」と呼ばれていました。

宇宙の波は、加速が一定の速度で起こったのではなく、減速したり加速したりしたことを示唆しています。そして数回。科学者たちは、ビッグバン後の 138 億 1,000 万年間にそのようなプロセスが 7 回あったと考えています。

しかし、宇宙論者は加速と減速が何に依存するのかという質問にはまだ答えることができません。この仮定は要約すると、暗黒エネルギーが発生するエネルギー場は宇宙の波動に従属しているという考えに帰着します。そして、ある位置から別の位置に移動すると、宇宙は加速を拡大したり、減速したりします。

議論に説得力があるにもかかわらず、それらは依然として理論のままです。天体物理学者らは、プランク軌道望遠鏡からの情報が宇宙に波が存在することを裏付けることを期待している。

暗黒エネルギーはいつ発見されましたか?

超新星爆発のせいで、人々は90年代に初めてこのことについて話し始めました。ダークエネルギーの性質は不明です。アルバート・アインシュタインは相対性理論で宇宙定数を特定しましたが。

100年前の1916年、宇宙はまだ不変であると考えられていました。しかし、重力が介入しました。宇宙が静止していれば、宇宙の塊は必然的に互いに衝突します。アインシュタインは宇宙の斥力による重力を宣言しました。

ジョルジュ・ルメートルはこれを物理学を通じて正当化するだろう。真空にはエネルギーが含まれています。その振動により、粒子の出現とそのさらなる破壊につながり、エネルギーは反発力を獲得します。

ハッブルが宇宙の膨張を証明したとき、アインシュタインはそれをナンセンスだと言いました。

ダークエネルギーの影響

宇宙は一定の速度で離れていきます。 1998 年、タイプ 1 超新星爆発の解析データが世界に発表されました。宇宙はますます速く成長していることが証明されています。

これは未知の物質によって起こり、「ダークエネルギー」と呼ばれています。宇宙の空間の約70％を占めていることが分かりました。暗黒エネルギーの本質、特性、性質は研究されていませんが、科学者たちはそれが他の銀河にも存在するかどうかを調べようとしています。

2016年に、彼らは近い将来の正確な膨張率を計算しましたが、矛盾が生じました。つまり、宇宙は天体物理学者が以前に想定していたよりも速い速度で膨張しているということです。暗黒エネルギーの存在と、それが宇宙の限界の拡大速度に及ぼす影響について、科学者の間で論争が激化している。

宇宙の膨張は暗黒エネルギーなしで起こる

科学者たちは、2017 年初頭に、宇宙の膨張は暗黒エネルギーとは無関係であるという理論を提唱しました。彼らは宇宙の構造の変化によって膨張を説明します。

ブダペスト大学とハワイ大学の科学者らは、計算と実際の膨張率の乖離は空間特性の変化に関係しているという結論に達した。膨張中に宇宙のモデルに何が起こるかを誰も考慮していませんでした。

暗黒エネルギーの存在を疑う科学者たちは、宇宙の物質の最大濃度が宇宙の膨張に影響を与えると説明しています。この場合、残りのコンテンツは均等に分配されます。しかし、その事実は依然として解明されていない。

彼らの仮定の妥当性を証明するために、科学者たちはミニ宇宙モデルを提案しました。彼らはそれを一連の泡の形で提示し、その質量に応じて独自の速度で各泡の成長パラメーターを計算し始めました。

このような宇宙のモデリングは、エネルギーを考慮せずに宇宙が変化する可能性があることを科学者に示しました。しかし、ダークエネルギーを「混ぜて」もモデルは変わらないと科学者たちは言う。

一般的に、議論はまだ続いています。暗黒エネルギーの支持者は、それが宇宙の境界の拡大に影響を与えると主張するが、反対者は重要なのは物質の濃度であると主張して立場を堅持している。

現在の宇宙の膨張率

科学者たちは、宇宙がビッグバンの後に成長し始めたと確信しています。そして、約140億年前、宇宙の膨張率が光速を超えていることが判明した。そしてそれは成長を続けています。

スティーブン・ホーキング博士とレナード・ムロディナウによる著書「The Shortest History of Time」では、宇宙の境界の拡大率は10億年あたり10％を超えることはできないと述べられています。

2016 年の夏、ノーベル賞受賞者のアダムリースは、宇宙の膨張速度を決定するために、互いに近い銀河にある脈動するセファイドまでの距離を計算しました。これらのデータにより速度の計算が可能になりました。少なくとも300万光年の距離にある銀河は、ほぼ秒速73kmの速度で遠ざかる可能性があることが判明した。

その結果は驚くべきものでした。同じ「プランク」である軌道望遠鏡は、秒速約 69 km でした。なぜそのような違いが記録されたのか、科学者たちは答えることができません。彼らは、宇宙膨張理論の基礎となっている暗黒物質の起源については何も知りません。

暗黒放射線

宇宙の「加速」のもう一つの要因は、ハッブルを使用した天文学者によって発見されました。暗黒放射線は宇宙形成の初期に出現したと考えられています。すると、そこには物質ではなく、より多くのエネルギーが存在していました。

暗黒放射線は、暗黒エネルギーが宇宙の境界を拡大するのを「助け」ました。加速率の決定における矛盾は、この放射線の未知の性質によるものであると科学者たちは考えています。

ハッブルによる将来の研究により、観測はより正確になるはずです。

謎のエネルギーが宇宙を破壊する可能性がある

科学者たちはこのシナリオを数十年にわたって検討しており、プランク宇宙天文台からのデータは、これが単なる推測ではないことを示しています。それらは 2013 年に出版されました。

「プランク」は「エコー」を測定したビッグバン、宇宙が誕生してから約38万年が経った頃に現れたもので、その温度は2,700度でした。また、気温も変化してきました。「プランク」は宇宙の「組成」も決定しました。

ほぼ5% - 星、宇宙塵、宇宙ガス、銀河。
約27%は暗黒物質の質量です。
約70％がダークエネルギーです。

物理学者のロバート・コールドウェルは、暗黒エネルギーには成長する力があると示唆しました。そして、このエネルギーは時空を分離します。銀河は今後200億年から500億年以内に遠ざかると科学者は信じている。このプロセスは、宇宙の境界がますます拡大するにつれて発生します。これにより天の川が星から引き裂かれ、天の川も崩壊してしまいます。

宇宙は約6,000万年前のものであると測定されました。太陽は瀕死の矮星となり、惑星は太陽から分離します。そうすれば地球は爆発するだろう。次の 30 分以内に、宇宙は原子を引き裂きます。最終的な結果は時空構造の破壊です。

天の川はどこに飛んでいますか?

エルサレムの天文学者は、天の川が天文学を獲得したと確信している最大速度、これは宇宙の膨張率よりも高いです。科学者たちはこれを、天の川が最大であると考えられている「グレート・アトラクター」への欲求によって説明しています。これが天の川が宇宙の砂漠を離れる方法です。

科学者は宇宙の膨張率を測定するためにさまざまな方法を使用しているため、このパラメータには単一の結果はありません。

スティーブン・ホーキング博士とレナード・ムロジナウ著「時間の歴史」という本からの資料

ドップラー効果

1920 年代、天文学者たちが他の銀河の星のスペクトルを研究し始めたとき、非常に興味深いことが発見されました。それらは私たちの銀河の星と同じ特徴的な欠落色のパターンを持っていることが判明しましたが、それらはすべて赤い端にシフトしていました。スペクトルの、同じ割合で。物理学者は、色または周波数の変化をドップラー効果として知っています。

この現象が音にどのような影響を与えるかは誰もがよく知っています。通り過ぎる車の音に耳を傾けてください。車が近づくとエンジンやクラクションの音が高く感じられ、車が通り過ぎて遠ざかり始めると音は小さくなります。時速 100 キロメートルの速度でこちらに向かって走ってくるパトカーの速度は、音速の約 10 分の 1 です。彼のサイレンの音は波のようで、山と谷が交互に繰り返されます。最も近い山 (または谷) 間の距離が波長と呼ばれることを思い出してください。波長が短ければ短いほど、より大きな数振動は毎秒耳に伝わり、音のトーンまたは周波数が高くなります。

ドップラー効果は、次々に音波の山を発しながら接近する車が私たちに近づくため、その結果、車が静止している場合よりも山の間の距離が小さくなるという事実によって引き起こされます。これは、私たちに届く波長が短くなり、周波数が高くなるということを意味します。逆に、車が遠ざかると、私たちが拾う波長は長くなり、周波数は低くなります。また、車の速度が速くなるほどドップラー効果が強く現れるため、速度の測定に使用することができます。

波を発する源が観測者に向かって移動すると、波長は減少します。発生源が遠ざかると、逆に増加します。これをドップラー効果といいます。

光と電波は同様に動作します。警察はドップラー効果を利用し、車から反射される無線信号の波長を測定することで車の速度を測定します。光は振動、つまり波動であり、電磁場。波長可視光非常に小さい - 100万分の40から8000万分の1メートル。人間の目異なる長さの光波を次のように認識しますさまざまな色、最も長い波長はスペクトルの赤い端に対応する波長であり、最も短い波長はスペクトルの青い端に対応する波長です。ここで、私たちから一定の距離にある星などの光源が、特定の波長の光波を発していると想像してください。記録される波の長さは、放射される波の長さと同じになります。しかし今、光源が私たちから遠ざかり始めたと仮定してください。音と同様に、これにより光の波長が増加し、スペクトルが赤色側にシフトすることになります。

宇宙の膨張

他の銀河の存在を証明したハッブルは、その後、銀河までの距離を決定し、スペクトルを観測することに取り組みました。当時、多くの人は銀河がランダムに移動すると仮定し、青方にシフトしたスペクトルの数は赤方にシフトしたスペクトルの数とほぼ同じであると予想していました。したがって、ほとんどの銀河のスペクトルが赤方偏移を示し、ほぼすべての星系が私たちから遠ざかっていることを発見したのは完全な驚きでした。さらに驚くべきことは、ハッブルによって発見され、1929 年に公表された事実でした。銀河の赤方偏移はランダムではなく、私たちからの距離に直接比例します。 言い換えれば、銀河が私たちから遠ざかるほど、銀河はより速く遠ざかっていくのです。このことから、これまで考えられていたように、宇宙は静止したり、サイズが変化したりすることはありえないことがわかりました。実際には、銀河間の距離は拡大し続けています。

宇宙が膨張しているという認識は、心に真の革命を引き起こしました。これは、20 世紀で最大の革命の 1 つです。振り返ってみると、これまで誰もこのことを考えなかったのは驚くべきことのように思えるかもしれません。ニュートンや他の偉大な頭脳は、静止した宇宙が不安定になることを認識していたに違いありません。たとえある瞬間に静止していても、星と銀河の相互引力によりすぐに圧縮が起こるでしょう。たとえ宇宙が比較的ゆっくりと膨張したとしても、重力によって最終的には膨張が止まり、収縮することになります。しかし、宇宙の膨張率がある臨界点を超えると、重力はそれを止めることができず、宇宙は永遠に膨張し続けます。

ここには、地球の表面から上昇するロケットに漠然と似ています。比較的低速では、最終的には重力によってロケットが停止し、地球に向かって落下し始めます。一方、ロケットの速度が臨界速度（秒速 11.2 キロメートル以上）を超えると、重力に耐えられなくなり、地球から永久に離れてしまいます。

1965 年、ニュージャージー州ベル電話研究所の 2 人のアメリカ人物理学者、アルノペンジアスとロバートウィルソンは、非常に高感度のマイクロ波受信機をデバッグしていました。 (マイクロ波は波長約 1 センチメートルの放射線です。)ペンジアスとウィルソンは、受信機が予想よりも多くのノイズを検出していることを懸念していました。彼らはアンテナに鳥の糞を発見し、他の潜在的な障害原因を排除しましたが、すぐに考えられるすべての干渉源を使い果たしました。このノイズは、地球の自転や太陽の周りの公転に関係なく、一年中24時間記録されていたという点で異なっていました。地球の動きによって受信機が宇宙のさまざまな領域に向けられたため、ペンジアスとウィルソンは、ノイズは太陽系の外側、さらには銀河系の外側から来ていると結論付けました。それは空間のあらゆる方向から均等にやって来ているように見えました。現在では、受信機がどこに向けられていても、無視できる程度の変動を除けば、このノイズは一定のままであることがわかっています。そこでペンジアスとウィルソンは、宇宙はどの方向でも同じであるという顕著な例に偶然遭遇しました。

この宇宙背景ノイズの起源は何でしょうか? ペンジアスとウィルソンが受信機の謎のノイズを調査していた頃、プリンストン大学の二人のアメリカ人物理学者、ボブ・ディックとジム・ピーブルズもマイクロ波に興味を持ち始めた。彼らは、ジョージ (ジョージ) ガモフの次の仮定を研究しました。初期段階開発当時、宇宙は非常に密度が高く、白く輝いていました。ディックとピーブルズは、これが本当であれば、私たちの世界の非常に遠い地域からの光が今やっと私たちに届いているので、初期の宇宙の輝きを観察できるはずだと信じていました。しかし、宇宙の膨張により、この光はスペクトルの赤い端に大きくシフトし、可視放射線からマイクロ波放射線に変わるはずです。ディックとピーブルズはちょうどこの放射線を探す準備をしていたところ、ペンジアスとウィルソンが彼らの研究について聞いて、すでに放射線を発見していることに気づいた。この発見により、ペンジアスとウィルソンは 1978 年にノーベル賞を受賞しました (これはガモフはもちろん、ディックとピーブルズにとってもいくぶん不公平に思えます)。

一見すると、宇宙がどの方向でも同じに見えるという事実は、私たちが宇宙の中で特別な場所を占めていることを示唆しています。特に、すべての銀河が私たちから遠ざかっているので、私たちは宇宙の中心にいるに違いないと思われるかもしれません。しかし、この現象には別の説明があります。宇宙は他の銀河から見ても、どの方向から見ても同じに見えるのかもしれません。

すべての銀河は互いに遠ざかっています。これは、膨らんだ風船の表面に色付きの斑点が広がっていく様子を連想させます。ボールのサイズが大きくなるにつれて、任意の 2 つのスポット間の距離は増加しますが、どのスポットも拡大の中心と見なすことはできません。さらに、風船の半径が常に増加している場合、その表面上のスポットの距離が離れるほど、膨張に伴ってスポットがより早く遠ざかります。風船の半径が毎秒 2 倍になるとします。すると、最初は 1 センチメートルの距離にあった 2 つの点は、1 秒後にはすでに 2 センチメートル離れています (風船の表面に沿って測定)。したがって、それらの相対速度は 1 秒あたり 1 センチメートルになります。一方、10 センチメートル離れていた一対のスポットは、膨張が始まってから 1 秒後には 20 センチメートル離れることになり、相対速度は 1 秒あたり 10 センチメートルになります。 2 つの銀河が互いに遠ざかる速度は、それらの間の距離に比例します。したがって、銀河の赤方偏移は、私たちからの距離に直接比例するはずです。これは、後にハッブルが発見したのと同じ依存性です。ロシアの物理学者で数学者のアレクサンダー・フリードマンは、1922 年に成功したモデルを提案し、ハッブルの観測結果を予測することに成功しましたが、彼の研究は、1935 年にアメリカの物理学者ハワード・ロバートソンとイギリスの数学者アーサー・ウォーカーによって同様のモデルが提案されるまで、西側ではほとんど知られていませんでした。、ハッブルによる宇宙の拡大発見の足跡をたどります。

宇宙の膨張により、銀河は互いに遠ざかっています。時間が経つにつれて、遠く離れた恒星島の間の距離は、近くの銀河の間よりも長くなります。ちょうどこれが膨張する惑星上の点で起こることです。熱気球。したがって、どの銀河からの観測者にとっても、他の銀河が遠ざかる速度は、その銀河が遠くにあるほど大きくなるように見えます。

宇宙の3種類の膨張

最初のクラスの解法 (フリードマンが発見したもの) は、宇宙の膨張が十分に遅いため、銀河間の引力が徐々に遅くなり、最終的には膨張が止まると仮定しています。この後、銀河は互いに接近し始め、宇宙は縮小し始めます。 2 番目のクラスの解決策によると、宇宙は非常に急速に膨張しているため、重力は銀河の後退をわずかに遅らせるだけで、それを止めることはできません。最後に、3 番目の解決策があります。これによれば、宇宙は崩壊を避けるためにちょうどいい速度で膨張しています。時間が経つにつれて、銀河の膨張速度はますます遅くなりますが、ゼロにはなりません。

フリードマンの最初のモデルの驚くべき特徴は、そのモデルでは宇宙が空間的に無限ではないが、同時に空間のどこにも境界がないということです。重力が非常に強いため、空間が崩壊して閉じてしまいます。これは、ある程度、地球の表面に似ています。地球の表面も有限ではありますが、境界はありません。地球の表面を一定の方向に進んでいくと、乗り越えられない壁や世界の終わりに遭遇することはなく、最終的には元の場所に戻ります。フリードマンの最初のモデルでは、空間はまったく同じ方法で配置されますが、地球の表面の場合のように 2 次元ではなく 3 次元になります。宇宙を一周して出発点に戻れるというアイデアはSFには良いですが、意味がありません。実用的な重要性証明できるように、宇宙は旅行者が旅の始まりに戻る前にある程度まで縮小するからです。宇宙は非常に大きいため、出発した場所で旅を終えるには光よりも速く移動する必要がありますが、そのような速度は（相対性理論により）禁止されています。フリードマンの 2 番目のモデルでも、空間は湾曲していますが、方法は異なります。そして、3 番目のモデルのみが、宇宙の大規模な幾何学を平らにしています (ただし、巨大な天体の近くでは空間が湾曲しています)。

私たちの宇宙を説明するフリードマンモデルはどれですか? 宇宙の膨張はいつか止まり、圧縮に取って代わられるのでしょうか、それとも宇宙は永遠に膨張するのでしょうか?

この質問に答えるのは、科学者が当初考えていたよりも難しいことが判明しました。その解決策は主に 2 つのことに依存します。現在観測されている宇宙の膨張率と、現在の平均密度 (空間の単位体積あたりの物質の量) です。現在の膨張率が高くなるほど、膨張を止めるために必要な重力、つまり物質の密度が大きくなります。平均密度が特定の臨界値（膨張率で決まる）を超えると、物質の重力によって宇宙の膨張が止まり、宇宙が収縮する可能性があります。宇宙のこの挙動はフリードマンの最初のモデルに対応します。平均密度が臨界値未満の場合、第 2 のフリードマンモデルと同様に、重力によって膨張が止まらず、宇宙は永遠に膨張します。最後に、宇宙の平均密度が臨界値に正確に等しい場合、宇宙の膨張は永遠に減速し、静的な状態にどんどん近づいていきますが、静的な状態には決して到達しません。このシナリオはフリードマンの 3 番目のモデルに対応します。

では、どのモデルが正しいのでしょうか? ドップラー効果を使用して他の銀河が遠ざかる速度を測定すれば、現在の宇宙の膨張率を知ることができます。これは非常に正確に行うことができます。しかし、銀河までの距離は間接的にしか測定できないため、あまりよくわかっていません。したがって、宇宙の膨張率は10億年あたり5～10％であることしかわかっていません。現在の宇宙の平均密度に関する私たちの知識はさらに曖昧です。したがって、私たちの銀河と他の銀河にあるすべての目に見える星の質量を合計すると、その合計は、膨張率を最も低く見積もっても、宇宙の膨張を止めるのに必要な質量の100分の1未満になります。

しかし、それだけではありません。私たちの銀河やその他の銀河には、直接観察することはできないが、銀河内の星の軌道に対する重力の影響によってその存在がわかっている、ある種の「暗黒物質」が大量に含まれているはずです。おそらく、暗黒物質の存在に関する最良の証拠は、天の川のような渦巻銀河の周縁にある星の軌道から得られます。これらの星は、銀河の周りを公転する速度が速すぎて、銀河の目に見える星の重力だけでは軌道上に保持できません。さらに、ほとんどの銀河は銀河団の一部であり、銀河の運動に対する影響から、これらの銀河団内の銀河間に暗黒物質が存在することも同様に推測できます。実際、宇宙に存在する暗黒物質の量は通常の物質の量をはるかに上回っています。すべての暗黒物質を含めると、膨張を止めるのに必要な質量の約 10 分の 1 が得られます。

しかし、宇宙全体にほぼ均等に分布し、平均密度を増加させる可能性がある、まだ知られていない他の形態の物質の存在を排除することはできません。たとえば、物質との相互作用が非常に弱く、検出が非常に難しいニュートリノと呼ばれる素粒子があります。

ここ数年、さまざまなグループ研究者らは、ペンジアスとウィルソンが発見したマイクロ波背景の最小の波紋を研究した。これらの波紋の大きさは、宇宙の大規模な構造を示す指標となる可能性があります。その特徴は、(フリードマンの 3 番目のモデルのように) 宇宙は結局のところ平らであることを示しているようです。しかし、通常の物質と暗黒物質の総量ではこれには十分ではないため、物理学者は、まだ発見されていない別の物質、つまり暗黒エネルギーの存在を仮定しました。

そして問題をさらに複雑にするかのように、最近の観察結果は次のことを示しています。 宇宙の膨張は減速するどころか加速している。フリードマンのすべてのモデルとは対照的です。宇宙に物質が存在すると、密度が高くても低くても、膨張は遅くなるだけであるため、これは非常に奇妙です。結局のところ、重力は常に引力として作用します。加速する宇宙膨張は、爆発後にエネルギーを散逸させるのではなく集める爆弾のようなものです。宇宙の加速膨張の原因となる力は何ですか? この質問に対する信頼できる答えを持っている人は誰もいません。しかし、アインシュタインが宇宙定数 (およびそれに対応する反重力効果) を方程式に導入したとき、結局のところ正しかったのかもしれません。

宇宙の膨張は、19 世紀や 18 世紀のいつでも、さらには 17 世紀末にも予測できたはずです。しかし、静止した宇宙に対する信念が非常に強かったため、妄想は 20 世紀初頭まで人々の心を支配し続けました。アインシュタインでさえ、宇宙の静的な性質に非常に自信を持っていたため、1915 年に宇宙定数と呼ばれる特別な項を人為的に方程式に追加することで一般相対性理論に特別な修正を加え、これにより宇宙の静的な性質が保証されました。

宇宙定数は、あるものの作用として現れました。新しい力- 「反重力」は、他の力とは異なり、特定の起源を持たず、単に時空構造そのものに固有の固有の特性でした。この力の影響下で、時空は本質的に拡大する傾向を示しました。アインシュタインは、宇宙定数の値を選択することで、この傾向の強さを変えることができました。その助けを借りて、彼は存在するすべての物質の相互引力のバランスを正確に調整し、その結果として静的な宇宙を得ることができました。

アインシュタインは後に宇宙定数という考えを否定し、それが自分の「最大の間違い」であると認めた。すぐにわかるように、今日ではアインシュタインが宇宙定数を導入したのは正しかったかもしれないと信じる理由があります。しかし、アインシュタインが最も悲しんだに違いないのは、宇宙は静止しているという彼の信念が、彼自身の理論によって予測された宇宙は膨張するに違いないという結論に影を落としてしまったことであった。一般相対性理論のこの結果を見て、それを真剣に受け止めた人はただ一人だけのようです。アインシュタインや他の物理学者が宇宙の非静的な性質を回避する方法を模索していたのに対し、ロシアの物理学者で数学者のアレクサンダー・フリードマンは、逆に宇宙は膨張していると主張した。

フリードマンは、宇宙について 2 つの非常に単純な仮定を立てました。それは、私たちがどの方向を見ても同じように見えるということと、この仮定は宇宙のどこから見ても真実であるということです。これら 2 つの考えに基づいて一般相対性理論の方程式を解き、宇宙が静的であるはずがないことを証明しました。したがって、エドウィンハッブルの発見の数年前の 1922 年に、フリードマンは宇宙の膨張を正確に予測しました。

何世紀も前キリスト教会教会の教義では、私たちは宇宙の中心で特別な場所を占めていると想定されているため、それは異端であると認識するでしょう。しかし今日、私たちは、ある種の謙虚さから、ほぼ逆の理由でフリードマンの仮定を受け入れています。もし宇宙が私たちにだけ全方向で同じに見え、宇宙の他の観察者にはそうでなかったら、私たちにとってはまったく驚くべきことに思えるでしょう。

作成日: 2013 年 10 月 25 日 10012 46

「神はその力によって地を創造し、その知恵によって世界を確立し、彼の理解力によって天を広げた。"

エレミヤ 10:12

科学の発展の過程で、多くの科学者は、宇宙の出現の第一原因として神を自分たちの見解から除外する可能性を模索し始めました。その結果、宇宙の起源や生物の出現と発展について、さまざまな理論が生まれました。その中で最も人気のあるのはビッグバン理論と進化論です。ビッグバン理論を実証する過程で、進化論者の基本理論の1つである「膨張する宇宙」が作成されました。この理論は、銀河が互いに徐々に分離するために観察される、宇宙規模の宇宙空間の膨張が存在することを示唆しています。

この理論を証明するために一部の科学者が使用する議論を見てみましょう。進化科学者、特にスティーヴン・ホーキング博士は、宇宙の膨張はビッグバンの結果であり、爆発後に宇宙は急速に膨張し、その後減速し、現在は膨張が緩やかになっているが、このプロセスは続いていると信じている。。彼らは、ドップラー効果を使用して他の銀河が私たちの銀河から遠ざかる速度を測定することによって、また、その速度をパーセンテージで把握しているという事実によって、このことを主張しています。スティーブン・ホーキング博士は次のように述べています。宇宙の割合は10億年あたり5から10%です。」 (S. ホーキング著『時間の最短の歴史』L. ムロディナウ訳、38 ページ)。しかし、ここで疑問が生じます。この割合はどのようにして得られたのでしょうか、また、この研究は誰がどのように実施したのでしょうか。スティーブン・ホーキング博士はこれを説明していませんが、事実として話しています。この問題を研究した結果、現在、遠ざかる銀河の速度を測定するために、ドップラー効果に基づいた「赤方偏移」理論を使用するハッブルの法則が使用されているという情報を入手しました。これらの概念が何であるかを見てみましょう。

ハッブルの法則は次のような法則です。銀河の赤方偏移そしてそれらまでの距離を直線的に表示します。この法則は次の形式になります。 cz = H 0 D、ここで z は銀河の赤方偏移です。 H0 - 「ハッブル定数」と呼ばれる比例係数。 Dは銀河までの距離です。の一つ必須の要素ハッブルの法則は光の速度だからです。

赤方偏移 -化学元素のスペクトル線が赤色側にシフトすること。この現象は、ドップラー効果、重力赤方偏移、またはその両方の組み合わせの発現であると考えられていますが、ほとんどの場合、ドップラー効果が考慮されます。これは、銀河が遠ざかるほど、その光の赤方偏移が大きくなるという事実によって、より簡単に表現されます。

ドップラー効果 -受信機の移動に伴う音源の移動によって引き起こされる、受信機によって記録される音波の周波数と長さの変化。簡単に言うと、物体に近づくほど音波の周波数は高くなり、逆に物体が遠ざかるほど音波の周波数は低くなります。

しかし、銀河の後退速度を測定するためのこれらの原理には多くの問題があります。ハッブルの法則の場合、「ハッブル定数」を推定することが問題になります。銀河の後退速度に加えて、銀河自体の速度もあり、ハッブルの法則が十分に満たされていないか、まったく満たされていないという事実につながります。 1,000 ～ 1,500 万光年より近い距離にある天体の場合。ハッブルの法則は、1 を超える赤方偏移に相当する非常に長い距離 (数十億光年) にある銀河でもあまり満たされません。そのような大きな赤方偏移を持つ天体までの距離は、受け入れられている宇宙のモデルに依存するため、一意性が失われます。そして、彼らがその瞬間に何を割り当てられているかについて。この場合、通常、距離の尺度として赤方偏移のみが使用されます。したがって、遠方の銀河が遠ざかる速度を決定することは事実上不可能であり、研究者が受け入れる宇宙のモデルによってのみ決定されることがわかります。これは、誰もが銀河の後退の主観的な速度を信じていることを示唆しています。

また、遠方の銀河までの距離を、その明るさや赤方偏移に応じて測定することは不可能であるとも言わなければなりません。これはいくつかの事実によって妨げられています。つまり、光の速度は一定ではなく変化しており、その変化は遅くなりつつあるということです。で1987 年スタンフォード研究所の報告書の中で、オーストラリアの数学者トレバー・ノーマンとバリー・セッターフィールドは、過去に光速の大幅な低下があったと仮定しました (B. Setterfield, の速度の ライト そして の年のの宇宙。）。で 1987 年ニジニ・ノヴゴロドの理論物理学者 V.S. トロイツキーは、時間の経過とともに光の速度が大幅に低下したと仮定しました。トロイツキー博士は次のように語った。減少スピードスヴェタV10 何百万もの一度現在の価値と比較して (V.S. Troitskii、 物理的な 定数 そして 進化のの宇宙、天体物理学および宇宙科学 139(1987): 389-411.)。で1998 年インペリアル・カレッジ・ロンドンの理論物理学者であるアルブレヒトとジョアン・マゲイジョも、光速度の低下を仮定した。 1998年11月15日、ロンドン・タイムズ紙は「宇宙最速の光の速度が低下している」という記事を掲載した（の スピード の ライト - の 最速の ものでの宇宙 - は取得 もっとゆっくり、ロンドン・タイムズ紙、11 月。 15、1998）。これに関して、光はいくつかの元素をよりゆっくりと通過し、他の元素をより遅く通過するため、光の速度は、たとえば、光が通過する化学元素やその温度などの多くの要因に影響されると言わなければなりません。より高速であることが実験的に証明されています。それで18 2月1999 今年の非常に尊敬されている (そして 100% 進化論者である) 科学雑誌ネイチャーは、次のような実験を詳述した科学記事を掲載しました。スピードスヴェタ管理された減少前に17 メートルVちょっと待って、それがある前にいくつかの60 キロメートルV時間。これは、彼が街を走る車のように見られる可能性があることを意味します。この実験は、デンマークの物理学者レーネ・ハウ氏とハーバード大学とスタンフォード大学の国際科学者チームによって実施されました。ナノケルビン（つまり、10億分の1ケルビン、実質的には絶対零度で、-273.160℃と定義される）単位で測定される信じられないほどの低温に冷却されたナトリウム蒸気に光を通した。蒸気の正確な温度に応じて、光の速度は117 km/hから61 km/hの範囲の値に減少しました。つまり、本質的には前に2000万分の1から普通スピードスヴェタ(L.V. ハウ、S.E. ハリス、科学 ニュース、 3月27日、p. 207、1999）。

2000 年 7 月、プリンストンの NEC 研究所の科学者は次のことを報告しました。 加速度彼らスヴェタ前にスピード、超えるスピードスベタ！彼らの実験はイギリスの雑誌「Nature」に掲載されました。彼らは、セシウム蒸気が入ったガラス室にレーザー光線を照射した。レーザービームの光子とセシウム原子の間のエネルギー交換の結果、ビームが出現し、チャンバーからの出口での速度は入力ビームの速度よりも速かった。光は抵抗のない真空中では最も速い速度で伝わり、他の媒体中では抵抗が増えるため遅くなると考えられています。たとえば、光は空気中よりも水中では遅く伝わることは誰もが知っています。上記の実験で得られたのは、レイ出てきたからカメラとペアでセシウムもっと前に持ち帰り、どうやって完全に入りましたV彼女。この違いがとても興味深かったです。 レーザレイ飛び越えたの上18 メートルフォワードから持ち帰り場所、どこしなければならないだったなれ。理論的には、これは原因に先立つ結果と見なすことができますが、これは完全に真実ではありません。超光速パルス伝播を研究する科学分野もあります。この研究の正しい解釈は次のとおりです。 スピードスヴェタ気まぐれなそしてライトできるスピードアップのように誰でも別の人に物理的な物体で宇宙ただし、適切な条件と適切なエネルギー源が利用できる場合に限ります。科学者はエネルギーから損失なく物質を取得しました。現在認められている光の速度を超える速度まで光を加速します。

赤に関してはシフトに関しては、赤方偏移が現れる理由や、光が地面に到達する際に何回屈折するかについては誰も正確に言うことができず、これが赤方位を使用して距離を測定する基礎となると言わざるを得ません。不条理なシフト。また、光速の変化は、遠方の銀河までの距離に関する既存の仮定をすべて否定し、赤方偏移によってこの距離を測定する方法を無効にします。また、ドップラー効果の光への適用は純粋に理論的なものであり、光の速度が変化することを考慮すると、この効果を光に適用することは二重に困難になるとも言わなければなりません。これらすべては、赤方偏移によって遠くの銀河までの距離を決定する方法が、さらに重要であることを示しています。議論宇宙が膨張しているというのは単なる非科学的でデマです。考えてみましょう。銀河が遠ざかる速度がわかっても、宇宙の空間が膨張しているとは言えません。そのような拡大が本当に起こっているかどうかは誰にもわかりません。宇宙の惑星や銀河の動きは空間そのものの変化を示すものではありませんが、ビッグバン理論によれば、宇宙はビッグバンの結果として出現し、膨張し続けています。宇宙の果てを発見した人はおらず、ましてやそこまでの距離を測定した人もいないのですから、この発言は科学的ではありません。

「ビッグバン」の理論を探求すると、もうひとつの未解明かつ証明されていない現象に遭遇しますが、これは事実として語られています。それは「黒色物質」です。これについてスティーヴン・ホーキング博士が何と言っているか見てみましょう。「私たちや他の銀河には、直接観測できないある種の「暗黒物質」が大量に含まれているに違いありませんが、その存在は星の軌道に対する重力の影響によってわかっています。銀河。おそらく、暗黒物質の存在に関する最良の証拠は、天の川のような渦巻銀河の周縁にある星の軌道から得られます。これらの星は銀河の周りを公転する速度が速すぎて、銀河の目に見える星の重力だけでは軌道上に保持できません。」(S. ホーキング著『時間の最短の歴史』L. ムロディナウ訳、38 ページ)。「黒色物質」が次のように語られていることを強調したいと思います。「それは私たちが直接観察することはできません」。これは、この物質の存在に関する事実はなく、進化論者には理解できない宇宙の銀河の挙動であることを示しています。彼らに何かの存在を信じるように強制しますが、彼ら自身はそれが何なのか知りません。また興味深いのは、「実際の暗黒物質の量は、宇宙では通常の物質の量を大幅に超えています。」。この声明は「暗黒物質」の量について語っていますが、この「物質」を観察したり研究したりすることが不可能な状況で、この量はどのように、どのような方法で決定されたのかという疑問が生じます。何が採取されたのか、またその量がどのように採取されたのかは不明であると言えます。科学者たちが、渦巻銀河の星がどのようにして高速で軌道上に留まるのかを理解していないという事実は、誰も見たことのない、または直接観察できなかった幽霊のような「物質」の存在を意味するものではありません。

現代科学は、ビッグバン幻想に比べて不利な立場にあります。したがって、スティーブン・ホーキング博士は、さまざまな物質の存在についての考えの結論として次のように述べています。。たとえば、物質との相互作用が非常に弱く、検出が非常に難しいニュートリノと呼ばれる素粒子があります。」(S. ホーキング著『時間の最短の歴史』L. ムロディナウ訳、38 ページ)。これは、宇宙が創造主なしで自然に発生したことを証明しようとする現代科学がいかに無力であるかを示しています。粒子が見つからない場合、他の形態の物質が存在しない確率の方がそれらが存在する確率よりも大きいため、これに基づいて科学的議論を構築することはできません。

いずれにしても、銀河、惑星、その他の宇宙体の動きは、宇宙の空間の膨張を示すものではありません。そのような動きは、空間の膨張の定義とは何の関係もないからです。たとえば、同じ部屋に 2 人がいて、1 人がもう 1 人から離れた場合、これは部屋が拡大しているのではなく、移動可能なスペースがあることを意味します。同様に、この状況では銀河が宇宙空間を移動しますが、これは宇宙空間の変化を示すものではありません。また、最も遠い銀河が宇宙の端にあり、その背後に他の銀河がないことを証明することは絶対に不可能であり、これはつまり、宇宙の端が見つかっていないことを意味します。

このように、今日では宇宙の膨張の証拠は存在しないと断言できるすべての事実があり、これはビッグバン理論の矛盾を裏付けることになります。