宇宙が膨張すると物質の容積はどうなるのでしょう？

質問

U：宇宙の容積、S：空間の容積、M：物質の容積とすると、
U ＝ S + M
となります。

在る時刻をt0とし、1億年後をt1とすると、宇宙が膨張するということは、U(t0）＜U(ｔ１）です。

はたして、M(t1)　=　U(t1）/U(t0）＊M（t0）が成り立つと考えるべきでしょうか？

それとも、M(t1）＝M(t0)で、もっぱらSが膨張しているのでしょうか？

回答No.5

park123 · ベストアンサー

ユカタン半島の隕石についての質問について、（的外れだったら失礼しますが）以下の説明をします。
ユカタン半島の隕石については、空間の膨張より、岩としての凝集力が格段に強いため、容量の膨張はありません。
地球の大きさについては、引力が、空間の膨張に打ち勝ちますので、容量の膨張はありません。
太陽系の大きさ（範囲）についても、引力が、空間の膨張に打ち勝ちますので、大きさの拡大はありません。
銀河のなかの星同士の隔たりについては、引力が、空間の膨張に打ち勝ちますので、隔たりの拡大はありません。
銀河同士の隔たりについては、空間の膨張がきいてきますが、銀河の独自の動きの方が大きく、隔たりが空間の膨張により拡大していることは、観測しずらいです。
銀河団同士の隔たりは、空間の膨張により、拡大します。

お礼

回答ありがとうございます。

具体的事例持教えて頂き感謝します。

これからは「宇宙の膨張」という表現は避け、「宇宙空間の膨張」と言うことにします。

回答No.6

dondoyaki

不真面目な回答をします。

宇宙が膨張して物体が膨張していたとして、
目安のゲージも同様に膨張していたら
宇宙の膨張に気が付かないんじゃないかい？

他の方が量子学的なミクロ視点で説明しているのは
膨張の影響を受けにくい最小単位であるからです。
その部分を抜きにして宇宙論は成り立たないと思いますよ。

お礼

不真面目な回答ありがとうございます。

多くの人が「宇宙の膨張」という表現を使用し、「宇宙空間の膨張」と言わないために起きた混乱だとおもいます。
英語のSpaceという単語を宇宙と訳しても良いし、空間と訳しても良いのですから、「空間の膨張」と言ってくれれば、物質の膨張などを思慮する必要は無かったでしょうね。

回答No.4

ibm_111

まず、物質ではあいまいなので、原子ないし原子核あるいは陽子の大きさは
どのように決まるかを考えましょう。

これらは量子力学に支配されており、
シュレーディンガー方程式やQCD・QEDによって（ほぼ）説明できます。
そして、そこに登場するパラメータは
プランク定数、素電荷、光速度等です。

これらのパラメータは時間変化するかどうかが調べられており、
宇宙誕生後ほとんど変化していないことが分かっています。

以上の事から、原子ないし原子核あるいは陽子の大きさは
宇宙誕生以来ほとんど変わっていないことが期待されます。
つまり、

〉M(t1）＝M(t0)で、もっぱらSが膨張している

ということになります。

お礼

回答ありがとございました。

簡潔にして説得力のある回答に納得しました。

今まで長いこと、宇宙の膨張と言われると、ディジタル画像のズームアップみたいに、宇宙のすべての要素が膨張するのかと疑問におもっていました。

これからは、「宇宙の膨張」と言わずに「宇宙空間の膨張」と言うようにしたいと思います。

回答No.3

雪中庵（@psytex）

「宇宙の膨張」は、「物体の収縮」と等価です。
物体まで膨張したのでは、何も変化がないと感じるでしょう。
かつて、アポロ11号が月面に設置したレーザー光線反射板によるレーザー測距で、毎年3cm遠ざかっているのが発見された時、大騒ぎになりました。
衛星が高い軌道に移行するためには、加速されねばならないからです。
（通常、重力波の放射や星間物質との衝突によって減速＝近づく事はあっても加速要因は考えられなかった）

そこで、潮汐作用によって海面の盛り上がった部分が月を引っ張る方向にズレて、地球の自転速度の減少が月の公転速度に転化するから、という説が提唱され、地球の自転速度の低下分を月の公転速度に転化しすると、遠ざかっている量に匹敵する、という計算がされました。
しかし、すぐにその説はつぶされたのですが、いまだにそれに代わる説がないためもあって、通俗的な解説には転載されてます。 「つぶれた」原因は、以下の通り；

１つには、「満潮の盛り上がり」は、確かにズレていますが、月の正中時から6時間もずれているため、月に対して90度横（対称）に向いてしまって、引っ張ることはできない。
２つには、地球の自転速度の減少は、主に潮汐のための海水との摩擦や、マントル対流の抵抗に消えており、遥かに遠い月を、わずかに盛り上がった海面で引っ張ることで「転化」される量など、無視できるほどに小さく、とても先述のような計算は成り立たない。

その後、「宇宙は膨張しているのではなく、物体が収縮している」という説の証明として、月の遠ざかる量が得られました。
宇宙の果てまでの137億光年に毎年1光年加わるのと比例した距離だけ、遠ざかって見えるはずで、「3cm×137億＝40万km≒月までの距離38万km」というものです。

この等価性の特徴は、物質が収縮するためには、物理定数が変化せねばならない、という点です。
物体が収縮するには、その基本定数であるプランク定数hが小さくなり、素粒子の持つ不確定的な広がりが収縮するのです（＝等価的なcの低下による空間の膨張）。
この説によれば、宇宙の始まりは、ビッグバン理論のような「エネルギーの塊からの膨張」ではなく、「不確定性hの無限大（＝無）からの収束」になるのです。

実は、相対性理論にしても、量子論にしても、認識体との相対によってしか存在は無い、という帰結を潜在的に持っています。客観的時空や絶対的存在はない、というものです。
認識性を除外した存在は、無＝無限不確定性になります。全ての存在は、量子的な不確定性に基づいており、無限につめこむと存在確率の山が平らになって、無と等しくなります。
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す。
月に置いてきた反射板１つが、宇宙論に大きな波紋を投げかけたのです。

お礼

ありがとうございます。

天文学者ってのは、宇宙が膨張していると言う人がいて、同時に宇宙が縮小していると言う人もいるのですね。

やはり「信用が置けない人たちだ」と思っとかないといけないのでしょうかね。

回答No.2

h_bopper2002

空間と物質は見方によってはどちらの容積とも取れますので、SとMの値の取り方次第でどちらも正しいことになってしまいます。たとえば原子を微視的に見ると、陽子や中性子や電子は離れて存在していて、その間は物質とも空間ともとれます。つまり容積を変数として式を作っても、考えを整理することは難しいものと思います。

お礼

回答ありがとうございました。

補足

物質も微視的に見ればスカスカですよってのは理解しているつもりなんですが、宇宙を全体集合と定義し、物質の容積を定義したときに、集合論的に物質の容積の補集合を空間の容積と考えている訳です。
ここで物質の定義をするために量子力学などに突っ込んでゆくのでは避けたいです。

例えばユカタン半島に落ちた隕石を例にとりましょう。
この隕石を単純に物質とみなせば、隕石の容積が決まります。
宇宙が1億年あたり１％膨張しているとします。さて、ユカタン半島の隕石の容積も1億年で１％増えるのでしょうか？

回答No.1

雪中庵（@psytex）

物体は、不確定性（確率波動性）を有しており、その存在確率の
山の上の方が物質であり、下が空間であり、また、その「物質」
が負エネルギー粒子の正孔（ぎっしり詰まった粒子の中から
１個抜けた穴）と等価である時、空間と物質を分けて体積を
比較する意味はありません。
たとえどんなに大きな空間的広がりも、どんなに大きな物質も、
不確定性(h)が無限大であれば、存在確率は全宇宙に広がる
＝全宇宙は１点(存在確率の山の平坦な無)となります。

お礼

回答ありがとうございます。

物体のミクロ構造の話にしないで、一般的な「物体の体積」で話は進められないのでしょうか。