最初、宇宙は非常に速く拡大しました。
（画像：©Flickr / Jamie、CC BY-SA）
ポールサッターは、オハイオ州立大学の天体物理学者であり、COSI科学センターの主任科学者です。サッターは、Ask a SpacemanとSpace Radioのホストでもあり、世界中のLeadsAstroToursをリードしています。 Sutterはこの記事をSpace.comのExpert Voices：Op-Ed＆Insightsに寄稿しました。
138億年前、私たちの観測可能な宇宙全体は桃のサイズであり、気温は1兆度を超えていました。
これは非常に単純ですが、非常に大胆な発言であり、軽くまたは簡単に行われる発言ではありません。確かに、100年前でさえ、それは実にばかげているように聞こえるかもしれませんが、ここでは、それは大したことではないと言っています。しかし、科学のあらゆるものと同様に、このような単純なステートメントは、すべてが同じ結論を指す複数の独立した証拠の山から構築されています。この場合、ビッグバン、つまり宇宙の歴史のモデルです。 [宇宙：ビッグバンから10の簡単なステップ]
しかし、彼らが言うように、それを私の言葉にしないでください。ビッグバンの5つの証拠は次のとおりです。
＃1：夜空は暗い
私たちが時間と空間の両方で完全に無限の宇宙に住んでいたと想像してみてください。星のきらびやかなコレクションは、あらゆる方向に永遠に続きます。そして、宇宙は単にずっとずっとずっと、そしてずっとそうです。つまり、空をどこに見ても、ランダムな方向を選んで凝視するだけで、どこか、ある距離にある星を見つけることができます。それは無限の宇宙の必然的な結果です。
そして、その同じ宇宙が永遠に存在していたとしたら、その星からの光が宇宙のcの遅い速度で這って眼球に到達するのに十分な時間がありました。ほこりが介在していても、無限に大きな宇宙に広がる無限の星からの蓄積された光は減少しません。
エルゴ、空は多くの星の光の組み合わせで燃え上がるはずです。代わりに、それはほとんど暗闇です。空虚。ボイド。闇。スペースです
ドイツの物理学者ハインリッヒオルバースは、この明白なパラドックスに注目した最初の人物ではなかったかもしれませんが、彼の名前はアイデアに固執しました。それはオルバースのパラドックスとして知られています。簡単な解決策？宇宙のサイズは無限ではないか、時間では無限ではありません。または、どちらでもないかもしれません。
＃2：クエーサーが存在する
研究者が敏感な電波望遠鏡を開発するとすぐに、1950年代と60年代に、彼らは空の奇妙に大きな電波源に気づきました。科学者たちは、重要な天文探査を通じて、これらの準星の電波源、つまり「クエーサー」は非常に遠くにあるが、珍しく明るく、活発な銀河であると判断しました。
この議論で最も重要なのは、その結論の「非常に遠い」部分です。
光がある場所から別の場所に移動するには時間がかかるため、星や銀河は現在のようには見えませんが、数千、数百万、数十億年前のように見えます。つまり、宇宙を深く見ることは、過去を深く見ることでもあります。遠くの宇宙に多くのクエーサーが見られます。つまり、これらのオブジェクトは数十億年前に非常に一般的でした。しかし、私たちの地元の最新の近所にはクエーサーはほとんどいません。そして、それらは遠くにある（つまり若い）宇宙で十分に一般的であり、私たちの近くでもっと見る必要があります。
簡単な結論：過去と現在の宇宙は異なっていました。
＃3：大きくなっている
私たちは拡大する宇宙に住んでいます。平均して、銀河は他のすべての銀河から遠ざかっています。確かに、いくつかの小さな局所衝突は、天の川が数十億年でアンドロメダと衝突する方法のように、残りの重力相互作用から発生します。しかし、大規模では、この単純で拡張的な関係が成り立ちます。これは、天文学者のエドウィンハッブルが20世紀初頭に発見したもので、「銀河」が実際に存在するものであるとすぐに発見されました。 [天の川銀河のアンドロメダとの正面衝突：アーティスト画像]
拡大する宇宙では、ルールは単純です。すべての銀河は、他のすべての銀河から（ほとんど）後退しています。遠方の銀河からの光は赤方偏移します—それらが放出している光の波長は長くなり、したがって他の銀河の視点からはより赤くなります。これは宇宙の周りを高速で動く個々の銀河の動きが原因であると考えたくなるかもしれませんが、数学は合計されません。
特定の銀河の赤方偏移の量は、それがどれだけ離れているかに関連しています。より近い銀河は、ある程度の赤方偏移を起こします。銀河が2倍離れていると、その赤方偏移は2倍になります。距離の4倍？そうです、赤方偏移の4倍です。これを説明するために、銀河が一周するだけで、宇宙のすべての銀河市民がこの非常に特殊なパターンで移動することに同意する、本当に奇妙な陰謀がなければなりません。
代わりに、はるかに単純な説明があります。銀河の動きは、それらの銀河の間の空間の広がりによるものです。
私たちはダイナミックで進化する宇宙に住んでいます。過去は小さく、将来は大きくなります。
＃4：遺物放射
ゲームをしましょう。昔は宇宙が小さかったとしよう。つまり、密度が高く、熱くなっていたでしょう。正しい—コスモスのすべてのコンテンツは小さなスペースにまとめられ、密度が高いほど温度が高くなります。
ある時点で、宇宙が現在の100万分の1の大きさになったとき、すべてが破壊されてプラズマになったでしょう。その状態では、電子は核ホストから解放されて自由に泳ぐことができ、すべての物質は強力な高エネルギー放射線に浸されます。
しかし、その幼児の宇宙が拡大するにつれ、突然、電子が原子核の周りに快適に落ち着くまで冷却され、水素とヘリウムの最初の完全な原子が作られました。その瞬間、狂ったように強い放射は、新しく薄く透明な宇宙を妨げられずに歩き回ります。そして、その宇宙が拡大するにつれて、文字通り白熱から始まった光は、絶対零度よりもわずか数度上まで冷却、冷却、冷却され、波長をマイクロ波範囲にしっかりと入れていました。
マイクロ波望遠鏡を上空に向けると、何が見えますか？すべての方向で私たちを取り囲み、全方向にほぼ完全に均一（10万分の1に！）の背景放射の浴室。宇宙の赤ちゃんの写真。古き良き時代のポストカード。宇宙そのものと同じくらい古い時代の光。
＃5：それは基本的です
宇宙のマイクロ波背景の形成よりもさらに時計を押し戻すと、ある時点で、物事は非常に強烈で、陽子や中性子すら存在しないほどクレイジーです。それは、それらの基本的な部分、クォークとグルオンのスープにすぎません。しかし、再び、宇宙はその存在の熱狂的な最初の数分から膨張して冷却されると、水素やヘリウムのような最軽量の原子核が凝固して形成されました。
私たちは現在、核物理学についてかなりまともな扱いをしており、その知識を使用して、宇宙で最も軽い元素の相対量を予測できます。予測：その凝固するスープは、およそ4分の3の水素、4分の1のヘリウム、および「その他」の小片を生成しているはずです。
それから挑戦は天文学者に行きます、そして、彼らは何を見つけますか？おおまかに、4分の3の水素、4分の1のヘリウム、およびより少ない割合の「その他」で構成される宇宙。ビンゴ。
もちろん、より多くの証拠もあります。しかし、これは宇宙の現代のビッグバンの写真の出発点にすぎません。複数の独立した証拠の行はすべて同じ結論を示しています。私たちの宇宙は約138億年前のものであり、かつてそれは桃のサイズであり、1兆度を超える温度でした。
「銀河が衝突するとどうなるか」というエピソードを聞いて、詳細をご覧ください。 iTunesおよびWebのhttp://www.askaspaceman.comで入手可能なAsk A Spacemanポッドキャストで。この作品につながった質問をしてくれたMike D.、Tripp B.、Sedas S.、Isla、およびPatrick D.に感謝します。 Twitterで#AskASpacemanを使用するか、Paul @PaulMattSutterおよびfacebook.com/PaulMattSutterをフォローして、質問を投稿してください。 @ Spacedotcom、Facebook、Google +をフォローしてください。 Space.comの元の記事。
