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2019年4月25日 (木)

宇宙のことに思いを馳せる。(5)

宇宙に果てはあるのだろうか。あるとすればその先はどうなっているのか、誰でも一度は考える素朴な疑問だ。この問題を考える時、重要なのは宇宙の曲率時空の概念だと言う。
【宇宙の曲率】
地球を例にとって考える、地球は球形であるため、表面をどこまでもまっすぐ進むと、元いた場所に戻ってくる。即ち、果てがない。このような空間を「閉じた空間」と呼び、その曲率はになる。逆に曲率がの場合、またはちょうど0の場合には、その空間は無限に広がることになる。では、実際の宇宙の曲率はいったいどれくらいなのか?これまでの観測ではほぼ0(おそらくは0)であることが分かっている。空間を軸に考えると宇宙は無限大であると言えるだろう。

【宇宙の時空】
では、宇宙は無限なのかというと、もう一つの重要な軸である時間という次元を考えなければならない。宇宙は少なくとも、4つ以上の次元を持った時空間だ。従って、空間が無限大であっても、時間方向に果てがあるのかないのか、疑問が起こる。結論から言うと、その答えは「果てがある」ということだ。私達の宇宙は138億年前に始まったことが分かっている。それより前の宇宙は存在しない。但し、将来の方向には果てがあるかどうかはまだよく分かっていない。時間が有限であるということは、光の速さが有限である以上、観測できる範囲にも果てがあると言うことだ。「観測できる宇宙の果て」は地球から138億光年先にあることになる。

宇宙が始まる前】
宇宙に始まりがあったということは、その始まる前はどういう状態だったのかと疑問が湧く。宇宙が138憶年前のある瞬間に生まれたとする考えは、科学者にとって些か気持ちが悪いものらしい。宇宙が生まれた以降のことは物理学で理解できるが、物理学で理解できないその特別な瞬間《特異点》が存在すること自体、科学者にとっては気持ちが悪いことなのだ。このような特異点が生まれないような、より包括的な理論があるべきだ、と科学者は考える。宇宙の始まりという特異点を回避するための理論はホーキンス博士をはじめいくつか提唱されているが、未だ観測では確認されていない。
【宇宙の将来】

我々の宇宙は138億年前に始まったと考えられているが、ではこの先宇宙はいったいどのようになっていくのか。宇宙に終わりはあるのだろうか。様々な観測によって、現在の宇宙は加速度的に膨張していると考えられている。過去には膨張から収縮に転じて、最後には閉じる宇宙モデルや、無限の時間をかけて一定サイズに到達していく宇宙モデルなども考えられたが、現在では永遠に膨張を続けるという宇宙モデルがもっとも確からしいと考えられているようだ。しかし、この膨張を引き起こしているダークエネルギーの正体が未だに不明であることから、永遠にインフレーションが続くのか、あるいはあるサイズに達した段階で新たな状態に転移し、永遠の膨張とは違った展開になるのかは分かっていないと言う。私的には始めがあったのだから、終わりがある方がしっくりくるのだが・・。

 

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