宇宙はどこまで広がっているのでしょうか？

宇宙が膨張しており、私たちが宇宙を観察するとすべての銀河が遠ざかっているということは誰もが聞いたことがあるでしょう。これは 1929 年にエドウィン ハッブルによって行われた観察であり、彼はハッブルの法則を提案しました。

ハッブルの法則によれば、銀河の速度は私たちから遠ざかるほど速くなるそうです。これは、宇宙が急速に膨張しているということを私たちに理解させる最初の観察であり、法則を証明するためにほぼ一世紀にわたる観察を可能にしました。

しかし、宇宙が膨張しているとしたら、どこまで膨張しているのでしょうか?宇宙の外には何があるのでしょうか？彼はどこへ行くのですか？これらは、私たちが考えるときに頭に浮かぶ疑問です。宇宙が膨張しているなら、どこかで膨張しなければなりません。そうなる？

エドウィン ハッブルは、銀河が私たちから遠ざかっていること、そして銀河が遠ざかるほど速く遠ざかることを初めて観察しました。物体が遠ざかるほど、ある種の加速が発生します。

ハッブルの観測は数回確認され、ハッブル定数という定数が計算されました。

ハッブル定数を確認するには、さらに高感度の観測が必要ですが、これまでのすべての観測は、100 万パーセクごとに秒速約 70 キロメートルの値を示しています。 1 パーセクは 3.26 光年に相当します。

ハッブル定数の単位を見ると、ハッブル定数には速度の単位がないことがわかります。言い換えれば、ハッブル定数は宇宙の膨張率を示すものであり、正確な膨張速度を示すものではありません。

膨張率は、宇宙内の 2 つの異なる点の間の距離がどの程度増加するかについての情報を提供します。この率は 2 点間の空間内にあり、2 点ではありません。

話をわかりやすくするために、風船を膨らませていると想像してみましょう。バルーン上に 2 つのドットをペイントすると、これらのドットが離れていくことがわかりますが、これはドットの速度が変化するためではなく、2 つのドット間のバルーンの材質が伸びるためです。

膨張しているのは、2 点間の時空、つまり宇宙を構成する生地です。この場合、時空は風船の生地のように機能し、膨張したり伸びたりします。

私たちは宇宙の形を知りませんし、それが無限か有限かさえも知りません。宇宙論は宇宙そのものを研究する分野ですが、気球の場合とは異なり、形状は平らであると想定する傾向があります。

2 点の間に空間ができて見えるため、遠くのものを観察すると、どんどん遠くに見えるのは当然です。そして、遠ざかれば遠ざかるほど、その中に収まるスペースが増えるため、より早く遠ざかっていくように見えます。

この膨張は、ダーク エネルギーと呼ばれるものによって引き起こされます。暗黒エネルギーは、アインシュタイン自身の一般相対性理論などの宇宙論方程式にうまく適合しているにもかかわらず、依然として物理学にとって謎のままです。

暗黒エネルギーの影響は重力の影響とは逆であり、大規模にはそれが支配的です。天の川銀河やアンドロメダなどの近くの銀河が接近しており、いつか衝突するのはこのためです。小規模なスケールでは、依然として重力が支配的です。

すべてが拡大している場合は、ある時点ですべてが一点に集中していました。これは、ビッグバンとして知られるようになった宇宙の始まりの前提です。ビッグバンはこの拡大の始まりであり、時間の経過とともに多少の変化はありながら、現在も続いています。

熱的死は、暗黒エネルギーが限界に達し、宇宙内でそれ以上何も起こらなくなるときです。言い換えれば、それはあらゆるイベントの物理的な限界です。

宇宙はそれ自体の中で拡張します。それは時空の構造そのものの中に生じる空間です。風船の例のように外側に膨張するのではなく、それ自体の内部で膨張します。

これは、4 次元のものについて話すときに考える抽象的なものであり、3 次元でしか観察できません。しかし、時空はその内部で拡大しているだけであり、銀河が遠ざかっていくのを見ると、それがわかります。