宇宙の膨張と収縮

質問

宇宙の膨張と収縮についてですが、
特に収縮する時に、星や銀河が重力で引きあって、互いの距離を縮めることと、宇宙のサイズは無関係に思えます。
星や銀河がやがて密集するくらいになっても、宇宙空間がそれに追づいして？狭まり それが宇宙の収縮となる？意味が分かりません。

膨張についても同じくそうですが、、
何卒よろしく教えて下さい。

回答No.9

雪中庵（@psytex）

宇宙のビッグバン以来138億年、光速での拡散により、
宇宙の半径は138億光年であり、遠くは昔の姿なので、
138億光年彼方には、ビッグバン当時の姿が、その光速
近い後退速度によるドップラー効果により絶対温度３度
に間延びした輻射として、全宇宙から届いている。

一方、最新の量子論的世界像において、我々の目にする
有限な存在は、認識される事によって生じる＝いい加減
な認識力によって階層現象性（認識体(脳)＞細胞＞分子＞
原子＞素粒子＞クォーク＞超弦(量子定常波)）を原理的に
捉えず、経験的に表面的に捉える事で可能になっている
事が明らかとなっている。

つまり、宇宙の果ても我々の原理も、量子に還元される＝
138億年の時間の流れ（138億光年の広がり）は、我々の
内奥の階層現象性に折りたたまれて反映されているのだ
（安定な粒子が残る物質進化～安定な化学反応が増殖する
化学進化～安定して増殖するものが淘汰し合う生物進化）。
人は、決して小さくはない。

最初に言ったように、量子論的世界像において、有限的な
存在性（=宇宙）は、認識される事によって派生している。
全ての存在は、量子的な不確定性に基づいており、無限に
詰め込むと存在確率の山が平らになって、無と等しくなる。
この「絶対無＝不確定性無限」において、その無限の闇に、
認識体の仮定断面（認識可能性）の運動を想定すれば、
相対的に無の風は光になり、認識体はその光（量子相互作用
パターン）の向うに、自己の補完（相補的不確定性）として
の宇宙を認識するのである。

その「量子論的世界像」の根本にある不確定性原理において、
位置と運動量、時点と質量といった、存在性の根拠となる
定位（位置）と同定（値）の対は、両立するものではなく、
一方を確定しようとするともう一方が無限不確定に発散して
しまうものである事が明らかとなっている。
空間的な位置（Ｓ）とその時間的変化としての運動量（Ｓt）、
時間的な位置（Ｔ）とその運動量の射影としての質量（Ｔs）
という形で、時間性と空間性が相補的な不確定性を成して
いるという事だ。

絶対化における不確定性無限への発散＝絶対無への還元は、
その「無＝無限」の認識可能性における時間軸と空間軸の
対発生を可能にする。
先の「経験的に表面的にいい加減に捉える事」により原理
的な超弦（量子定常波）の光速性を潜在化した非光速性に
おいて、自我仮説（時間の流れ=記憶=過去=超光速）と
時空仮説（空間の広がり=予測=未来=光速下）は対発生し
ているのだ。
有限な存在性だけでなく、過去と未来も現在（感受表面で
の量子相互作用=潜在的認識可能性の変移）から対発生し
ているという事だ。

お礼

ありがとうございます。

やはり人間原理的なものは、究極リアルなんですね。

補足

階層現象性 について教えてくださいね

いい加減に表面的に捉える ことの本質は何ですか？

ある本には、生命誕生の瞬間に、ビッグバンまでの歴史が時間を逆行して作られたとありました。

認識体 というのは、生命でしょうか？人間の脳でしょうか？

回答No.8

noname#211071

まず宇宙の幾何形状について考える必要があります。
宇宙がユークリッド空間であるなら宇宙に端があるか、又は宇宙の大きさが無限大でなければなりません。
宇宙の端とは宇宙空間とそうでない領域の境目です。
空間に端があるとは考えられないので宇宙をユークリッド空間とするなら宇宙は無限大の大きさしか取れませんから収縮も膨張もしないでしょう。
次に宇宙空間が幾何学的に閉じている場合。
宇宙に端はなくなりますし大きさは有限となります。
宇宙が膨張したり収縮したりすることは宇宙空間は幾何学的に閉じていることを前提としているものと思います。
実際的に宇宙の膨張とは何を指すのかですが、一般的には天体同士が遠ざかることを言います。
収縮はその逆です。
あまり言及されないのは空間自体の大きさの変化ですが、これは閉じた空間の曲率半径の変化でしょう。
天体間の距離の膨張収縮と空間の曲率半径の変化が連動するものなのかどうか、ということですが、これは直接観測されているわけではありませんので、なんとも言えないところでしょう。
ちなみに観測によると宇宙の曲率はほぼ平坦ということになっているようですが、遠方の宇宙では天体が見かけ上大きく観測されるようで、これは宇宙空間が幾何学的に閉じている場合で辻褄が合います。
つまり観測される範囲ではほぼ平坦であるがクエーサーが観測されるほどの遠方になると曲率が正として観測されているかもしれないということです。

宇宙の曲率半径が天体間の距離に連動するとしたなら、物質としての天体と空間としての宇宙の間で何らかの作用があると考えられますが、物質と空間が作用する場合で知られている力は重力だけです。
宇宙が膨張するのであれば、物質が空間に、空間が物質に作用する力として重力の反対の力が作用していると考えることになるでしょう。つまり斥力です。

回答No.7

Nakay702

「補足コメント」を拝見しました。
＞ボイドの膨張と、大質量による空間変形は別な質？？の空間変化でしょうか？
⇒はい、まったく異質のものです。

「ボイドの膨張」は、大半がダークエネルギーによる宇宙全体の加速度的膨張の現象です。それに対して、「大質量による空間変形」は、その大質量そのものの引力による宇宙空間内における変化です。

この大質量が、例えば、銀河同士の衝突などによって宇宙空間を劇的に変化させる（＝「ねじれた空間のグリッド」が大揺れに揺れる）ような場合は、いわゆる「巨大重力波」が放出されるはずです。それで、これを検出するための設備が三鷹の地下に建設され稼動していますが、残念ながら今のところまだ検出には成功していないようです。

お礼

長々とありがとうございました。

こちらのレベルに合わせたご説明、たいへん親切で感謝いたしますm(__)m

回答No.6

Nakay702

お申し越しの「補足コメント」を拝見しました。

＞膨張する宇宙＝膨張する空間であるボイド内部に例外的にある物質は、みかけ何か変化あるのでしょうか？
⇒ボイド部分が膨らんでも、たまたまそのフィールドにある星は変化しないと思います。空間が膨張するのであって、星や銀河がそれに呼応して膨らむわけではないのですから。
（ただし、くだんの回答者様は、個々の存在の形象は捨象して位置関係の変化だけを言われたのでしょうから、それはそれで正しいと思います。）

ただ、断熱膨張の条件下で空間が膨らむということは、内部の平均温度は冷えていくことに他なりませんから、その意味ではボイド内部にある星も「温度低下という変化」はあるかも知れません。
もっとも、おそらくボイド内部はすでにこれ以下に下がることがないと言われる絶対零度（０°K＝－273.155度）に近い低温状態にあるのかも知れません。

以上、再々伸まで。

補足

ボイドの膨張と、大質量による空間変形 は 別な質？？の空間変化でしょうか？

回答No.5

Nakay702

「補足コメント」を拝見しました。

＞やはりニュートン的宇宙観はすぐには破棄出来ません。
⇒確かに、理屈の上では分かっていても感覚的に理解できない、掴めないことはよくありますよね。例えば、「中性子星はサイコロ1個分の大きさで何億トンもの重さがある」・「天の川銀河には恒星が1000億個以上あり、宇宙には銀河が2000億個以上ある」・「クオークの大きさをピンポン玉だとすれば、原子は地球の数倍の大きさになる」・「光も銀河やブラックホールなどの大質量に引き寄せられて曲がる」…などなど、感覚的に理解できないことはいっぱいあります。我々が直接感覚的に掴めるのは、せいぜいユークリッド幾何学からニュートン力学（プリンキピア）あたりまでじゃないでしょうか。

＞相変わらず子供的発想ですが、もし銀河を人為的に接近あるいは遠ざけることができたとして、その接近は宇宙の膨張（→収縮？）、離反は膨張と言えるのでしょうか？
⇒はい、もし仮に、たとえ人為的にでも、銀河と銀河を接近あるいは遠ざけることができれば、それは原理的には（宇宙の収縮や膨張にまで関わらなくても）、少なくとも「宇宙の振動や変化」とは関わると思います。重力や電磁力は、減衰しながらも無限遠まで及ぶとされているからです。

＞小惑星帯の中で、接近するもの同士は宇宙の収縮で、離反するものは宇宙の膨張と言えるのでしょうか？
⇒宇宙の膨張や収縮、ビッグバンやビッグリブは宇宙の総体的な運動を表わすものです。ですから、小惑星帯の中で、例えばセレナにイトカワが接近合体するような動きがあっても、それは宇宙の収縮とは関係ないと思います。
ただし、上述の銀河の場合よりさらに小さい規模ながら、原理的にはやはり宇宙の振動とは関わると思います。ただ、それが宇宙全体に与える影響は微々たるもので、無視できる程度でしょうけれども、「宇宙が繋がっている限り、その中で起こっていることである限りそれを含む宇宙への影響はゼロではない」はずです。

地球規模の話でも、「サハラ砂漠で蝶が羽ばたけば、タクラマカン砂漠で嵐が起こる」と言った人がいました。つまり、地球は一体で繋がっていることを強調して言いたいのだと思います。ことほどさように、（レベルは違いますが）宇宙は如何に広大であろうと、「繋がっており、閉じている」がゆえに、いわゆる「断熱膨張」の原理が成り立つのであり、片隅で起こる小さな運動でも（原理的には）全体に影響が及ぶ、と言えるわけです。

以上、再々伸まで。

補足

何度もありがとうございます。

別の方にした補足質問はどうでしょうか？
そちらでは表示されませんでしょうか

回答No.4

Nakay702

おおっと、もうとっくに解決済みになったのかと思っていました。

＞特に収縮する時に、星や銀河が重力で引きあって、互いの距離を縮めることと、宇宙のサイズは無関係に思えます。
＞星や銀河がやがて密集するくらいになっても、宇宙空間がそれに追づいして？狭まり それが宇宙の収縮となる？意味が分かりません。
⇒前便と重複するところがあるかも知れませんが、以下のとおりお答えします。

（１）「宇宙のサイズ」なるものは、あらかじめ決まっていたり固定されたりしているものではありません。「星や銀河の動きや変化に伴ってうごめいている」ものです。
（２）現在、宇宙は加速度をつけながら膨張しつつあるとされていますが、これは広い視野で見た全体的状況であって、部分的にはもっと複雑な動きがあります。
（３）宇宙は「石鹸の泡の重なり」ないし「蜂の巣」のような構造をしていて、大雑把に言いますと、宇宙空間は何もないところ（ボイドと言います）と、銀河が群れ集まっているところ（壁のようにつながっているのでグレートウオールと言います）に分かれます。
（４）「膨張しつつあるところ」はボイドの部分であって、逆に、銀河の群れているところは「縮みつつある」わけです。ふくらし粉の入ったパンを焼く場面を想像してみてください。パン全体は膨らんでいきますね。それはパン生地が膨らむのでなく、中の空気の粒々が膨らむわけですよね。その「空気の粒々」が宇宙のボイドに相当するところです。それで、部分（パン生地）的には収縮または変わらないのに、宇宙全体としては膨張しているわけです。
（５）我々の天の川銀河の近傍は逆に収縮しつつあります。つまり、天の川銀河周辺の数百万平方光年のあたりの銀河、例えば、大小マゼラン銀河やアンドロメダ銀河は、互に接近しあっています。さらにこれらの銀河集団（局所銀河団と言います）は乙女座方向に引き寄せられて、秒速六百kmもの速度で接近しているのだそうです。収縮する銀河の分布域は最大で半径数千万光年くらいの範囲内と考えられます。
（６）まとめると、宇宙の中で膨張しつつあるところはボイドの部分、つまり空間であって、収縮しつつあるところは引力による銀河同士の引き合いと接近です。

以下はご質問と直接関係ありませんが、「天の川銀河周辺の収縮」が出たついでですので、もう少し敷衍させていただきます。
（７）マゼラン銀河は天の川銀河の中にあると思われていた時期があって、それで「マゼラン雲」と呼ばれるわけですね。しかし、実際は約16万光年も離れています。ただし、お互いに引き合い、潮汐力を及ぼしあっていることは確かです。天文学上のシュミレーションによれば、この先相互に接近しあっていっても、いわば「すれ違い」や「進路の変化」が起こる程度のようです。コーヒーにミルクを垂らしてかき回し、それらが混ざっていく状況を想像してください。それと似た感じです。
（８）双方がある程度のまとまりをなして、お互いが渦状に回転しながら混ざっていきます。天の川銀河とマゼラン銀河は、そんな感じに混ざるようです。一度すれ違ったとしても、また再度（いや２度３度と）接近しあうようなことになるようです。もっとも、周辺の一部分には、弾かれて遠い彼方へ飛び去っていくものも出てきますが。
（９）また、銀河の中は隙間がいっぱいですので、このように接近したり混ざりあったりするとしても、恒星同士が衝突するようなことはめったに起こらないそうです。ちなみに、太陽に最も近い恒星（ケンタウルス座のプロキシマ星）でも、4.3光年も離れていることを考え合わせれば、このことを納得できることと思います。このように天の川銀河は近傍の銀河と接近しあっていますが、天文学者の計算によれば、それらが互に衝突合体するのは、数十億年も先のことだそうです。

以上、追加のご回答まで

補足

たびたびありがとうございます。

やはりニュートン的宇宙観はすぐには破棄出来ません。

相変わらず子供的発想ですが、もし銀河を人為的に接近あるいは遠ざけることができたとして、
その接近は宇宙の膨張、離反は膨張と言えるのでしょうか？

小惑星帯の中で、接近するもの同士は宇宙の収縮で、離反するものは宇宙の膨張と言えるのでしょうか？

回答No.3

Nakay702

以下のとおりお答えします。

＞宇宙の膨張と収縮についてですが、特に収縮する時に、星や銀河が重力で引きあって、互いの距離を縮めることと、宇宙のサイズは無関係に思えます。
⇒ニュートンは、宇宙の構造を「箱の中にリンゴが入っている」のと同じように考えていたようです。

つまり、vagasistemさんと同じく、リンゴの数や大きさ、状態の如何にかかわらず、箱の大きさは一定、すなわち、星や銀河の質量や状態の如何にかかわらず、宇宙の大きさは一定、と見ていたようです。

ところが、相対理論以降、特にビッグバン宇宙論では、星や銀河が宇宙のサイズやあり方を決める、というか、「星や銀河そのものが宇宙」と考えます。それは、ちょうどお腹の中の「赤ちゃんの動きに応じて子宮のあり方が変わる」のに喩えると、分かり易いのではないでしょうか。

なお、現在宇宙は膨張しつつあるとされていますが、その膨張はいわゆる「断熱膨張」とされていますね。つまり、この宇宙は「独立空間」だということです（1965年に「宇宙背景放射」の実体が分かって、証明されました）。

すなわち、現代天文学によれば、この我々の宇宙は、「膨らみつつある独立空間」だということになります。なお、膨らみつつあるということは、（一定の距離以遠の）銀河は互いに遠ざかります。けれども、反対に大小マゼラン銀河やアンドロメダ銀河のような近傍の銀河（局所銀河群の一部）は、互に引き合って近づきつつあるそうです。（「宇宙の泡構造」が進行しつつある、と言い換えることもできるようです。）

以上、ご回答まで。

回答No.2

akmyu

宇宙の膨張という概念がピンときてないのではないでしょうか？
日常的な感覚だと、「空間」の中で「宇宙」が膨張するというイメージ
になってしまいますが、「宇宙」とは「空間」そのものです。そこで
よく使われるたとえとして、ゴム風船の表面にマジックで銀河を描くと
いうのがあります。「空間」という3次元を1次元落として2次元の「平面」
つまりゴム風船の表面と考えます。風船を膨らますと表面は伸びて、表面
に描いた銀河どうしは互いに遠ざかります。表面の全ての点において無から
湧き出るように四方八方に面が生まれてくるようなイメージでしょうか。
このたとえでの風船の中身や外の空間は考えないでください。あくまで風船
の皮だけがこの世の全てです。

補足

くどくてすいません。

風船がふくらめば、よく観察すれば、そこに描かれた点や模様も拡大されております。

ニュートン的宇宙観にさえ無知でも、これが空間とその中に存在するものの自然な関係に思えます。

宇宙イコール空間 そのもの という定義ならなおさらです。

大質量によって空間が曲がって、実際に光は、ねじれた空間のグリッドに沿って、みかけ ねじれます。

かたや膨張する宇宙＝膨張する空間 であるボイド内部に例外的にある物質は、みかけ何か変化あるのでしょうか？

回答No.1

Prome_Lin

まず、vagasistemさんは、宇宙は、ビッグバンから始まった、という現在の定説は、どのようにお考えなのでしょうか？

ビッグバン宇宙論では、ビッグバンの前は、針の先より小さな点だったとされています。

ビッグバンによって、宇宙は始まり、膨張を始めるのですが（厳密には、ビッグバンによってだけでは、宇宙は膨張し続けるだけの威力はなく、ビッグバンの直後におきた、インフレーション現象（光の速度を超えて、急激に宇宙が膨張した）によって、今現在も膨張している）、vagasistemさんのお考えでは、どの時点が、宇宙の大きさなのでしょう？

vagasistemさんの「質問」を読んでいると、宇宙の大きさは、ビッグバンの瞬間から、大きくも小さくもなっていないように読めてしまいます。

今現在の観測では、宇宙は、このままずっと膨張し続け、どんどん薄く（希薄）になり、消滅すると、考えられています。

また、膨張する速度が急激に（どんどん膨張する速度が）増す、という人もいるようです。

観測では、遠い銀河は、計算上より速い速度で遠ざかっているため、このように、宇宙は収縮することはなく、膨張を続ける、と考えられています。