宇宙論者は知的時間旅行者です。数十億年以上を振り返ると、これらの科学者は驚くべき詳細で宇宙の進化をたどることができます。その後の長い年月をかけて、私たちのコスモスは巨大なサイズに成長し、その向こう側を見ることができなくなりました。
しかし、これはどのようになりますか？光の速度が宇宙の速度制限をマークしている場合、光子が私たちの手の届かない範囲にある時空の領域がどのようにして存在する可能性がありますかそして、たとえあったとしても、それらがまったく存在していることをどうやって知るのでしょうか？
拡大する宇宙
物理学の他のすべてと同様に、私たちの宇宙は可能な限り低いエネルギー状態で存在するように努めています。しかし、約10-36 ビッグバンから数秒後、インフレーション宇宙学者は宇宙が「偽の真空エネルギー」、つまり実際には低点ではなかった低点で休んでいると考えたと信じています。真空エネルギーの真の最下点を求めて、ほんの一瞬で、宇宙は10倍に膨らんだと考えられています50.
それ以来、私たちの宇宙は拡大を続けていますが、ペースはずっと遅くなっています。遠くの物体からの光の中で、この拡大の証拠が見られます。星や銀河から放出された光子が宇宙全体を伝播するとき、空間が伸びるとエネルギーが失われます。光子が到達すると、それらの波長は、移動した距離に応じて赤方偏移します。
これが宇宙論者が赤方偏移を空間と時間の両方における距離の関数として語る理由です。これらの遠くのオブジェクトからの光は非常に長い間移動しており、最終的にそれを見ると、何十億年も前のオブジェクトが見えています。
ハッブルボリューム
赤方偏移の光により、遠くに存在していた銀河のような物体を見ることができます。見えない すべて その歴史の中で私たちの宇宙で起こった出来事。私たちの宇宙は拡大しているため、一部のオブジェクトからの光が遠すぎて私たちには見えません。
その境界の物理学は、ハッブルボリュームと呼ばれる周囲の時空のチャンクに一部依存しています。ここ地球上では、ハッブルパラメータと呼ばれるもの（H0）、遠方のオブジェクトの見かけの後退速度を赤方偏移に関連付ける値。エドウィンハッブルが遠方の銀河が光の赤方偏移に比例する速度で私たちから遠ざかっているように見えることを発見したとき、それは1929年に最初に計算されました。
光速をHで割る0、ハッブルボリュームを取得します。この球形の泡は、すべてのオブジェクトが光の速度よりも遅い速度で中央の観測者から遠ざかる領域を囲みます。これに対応して、ハッブルボリュームの外側にあるすべてのオブジェクトが中心から離れます。もっと早く 光の速度よりも。
はい、「光の速度よりも速い」。これはどのようにして可能ですか？
相対性の魔法
答えは、特殊相対性理論と一般相対性理論の違いに関係しています。特別な相対性理論は、いわゆる「慣性参照フレーム」、より単純には背景を必要とします。この理論によれば、すべての慣性参照フレームで比較すると、光の速度は同じです。観測者が地球上の公園のベンチにじっと座っている場合でも、未来の高速ロケットで海王星を過ぎてズームしている場合でも、光の速度は常に同じです。光子は常に毎秒300,000,000メートルで観測者から遠ざかり、観測者は追いつきません。
ただし、一般相対性理論は時空自体の構造を表します。この理論では、慣性参照フレームはありません。時空はそれ自体の外側に関しては拡大していないため、速度の制限としての光速は適用されません。はい、ハッブル球の外の銀河は、光速よりも速く私たちから遠ざかっています。しかし、銀河自体は宇宙の制限速度を超えていません。これらの銀河の1つにいる観測者にとって、特別な相対性理論に違反するものはまったくありません。私たちとそれらの銀河の間の空間は、急速に増殖し、指数関数的に伸びています。
観察可能な宇宙
さて次の爆弾：ハッブルボリュームは、観測可能な宇宙と同じものではありません。
これを理解するために、宇宙が古くなるにつれて、遠くの光はここ地球上の私たちの検出器に到達するより多くの時間を持つことを考慮してください。現在のハッブルボリュームを超えて加速したオブジェクトを見ることができます。これは、今日の光が中にあるときに放射されたためです。
厳密に言えば、私たちの観測可能な宇宙は、 粒子の地平線。パーティクルホライズンは、現時点でおそらく見ることができる最も遠い光までの距離をマークします。穏やかに拡大するハッブル球内にとどまるか、追いつくのに十分な時間があった光子です。
そして、この距離はどれくらいですか？あらゆる方向で460億光年強–観測可能な宇宙の直径は約930億光年、つまり5,000兆マイル以上になります。
（簡単なメモ：パーティクルホライズンは、 宇宙論的事象の地平線。パーティクルホライズンには、現在表示されている過去のすべてのイベントが含まれます。一方、宇宙事象の地平線は、将来の観測者が、時空の小さなコーナーが現在放出している当時の光を見ることができる距離を定義します。
言い換えれば、粒子の地平線は、私たちが今日見ることができる古代の光の過去のオブジェクトまでの距離を扱います。宇宙論的事象の地平線は、宇宙の遠い領域が私たちから遠ざかるにつれて進むことができるようになる私たちの現在の光の距離を扱います。）
ダークエネルギー
宇宙の拡大のおかげで、たとえ宇宙の光が届くのを無限に待つことができたとしても、私たちには決して見えない宇宙の領域があります。しかし、現在のハッブルボリュームの範囲を超えた領域についてはどうでしょうか。その球も拡大している場合、これらの境界オブジェクトを見ることができますか？
これは、ハッブル体積またはそのすぐ外側の宇宙の一部である、どの領域がより速く拡大しているかに依存します。そしてその質問への答えは2つの事柄に依存します：1）Hかどうか0 2）宇宙が加速しているのか減速しているのか。これら2つのレートは密接に関連していますが、同じではありません。
事実、宇宙学者たちは、私たちが実際に生きているときに、0 減少しています。しかし、暗黒エネルギーのために、宇宙の膨張の速度は増加しています。
直感に反するかもしれませんが、H0 ゆっくりと減少 割合 宇宙の膨張速度が増加しているときよりも、銀河が私たちから遠ざかる全体的な動きは、依然として加速されたペースで発生しています。そして現時点で、宇宙論者は、宇宙の膨張がハッブルボリュームのより穏やかな成長を上回ると信じています。
したがって、ハッブルボリュームが拡大していても、暗黒エネルギーの影響は、増加し続ける観測可能な宇宙にハードリミットを提供するように見えます。
私たちの地上の制限
宇宙学者は、私たちの観測可能な宇宙がいつのように見えるのか、そして宇宙の膨張がどのように変化するのかなどの深い質問にうまく対処しているようです。しかし結局のところ、科学者は、宇宙に対する現在の理解に基づいて、未来についての質問に対する答えを理論化することしかできません。宇宙論のタイムスケールは想像を絶するほど長く、将来の宇宙の振る舞いについて具体的なことを述べることは不可能です。今日のモデルは現在のデータに非常によく適合していますが、予測が本当にすべての結果に一致するかどうかを確認するのに十分な長さの人間は誰もいません。
がっかり？承知しました。しかし、私たちの小柄な頭脳がそのような心ブログリングする科学を検討するのを助けるために努力することは全く価値があります。
