宇宙の始まりについて

質問

宇宙の年齢が仮に１２０億年だと仮定します。
そして地球から最も遠くに観測されているクエーサーの距離も１２０億光年だとします。
ということは、私たちは、そのクエーサーの１２０億年前の姿を見ているわけですから、その１２０億年前（宇宙の誕生直後）には、すでにそのクエーサーは、地球から１２０億光年離れていた、ということになりますよね。そして現在も光速の９０％ほどのスピードで、地球から遠ざかっているわけですよね。
ということは、１２０億年前（宇宙の誕生直後）にはもう我々の宇宙は少なくとも１２０億光年の大きさを持っていたということでしょうか。
そのクエーサーの正反対の方向に、やはり１２０億光年離れたクエーサーが見つかると、一気にそのころの宇宙はすでに２４０億光年の大きさを持っていた、ということになりませんか。
ビッグバン理論だと、そのころの宇宙はもっと小さかったはずですが、そのあたりのことがよくわかりません。ご存知の方、教えてください。

回答No.7

noname#108554 · ベストアンサー

>光は１２０億年かかって届いたが、そのときに
>１２０億光年離れていたとは限らない、ということでしょうか？

もちろんそのとおりです。
そもそも、宇宙論では厳密には「そのときに」という
概念があいまいなので・・・
正確に言うと、相対論では同時という概念は
あまり離れてしまうと意味がないということです。
「時空の局所性」と呼びます。
光速の有限性からの直接の帰結なので、
一般・特殊関係なく成り立つ性質です。

>さらに、その１２０億光年先の天体は、未来の地球からは
>どう見えるのでしょう？
>後退速度が宇宙の初期ほど速く、だんだん万有引力の
>ため遅くなるとしたら、今見えている天体はこれから
>光速を超えることはなく、ちゃんといつまでも
>その進化が見えるということでしょうか？

それも宇宙のモデルによってしまうんですが
最近の観測では加速膨張をしているようなので
昔に出た光はますます地球から見えにくくなると思います。

お礼

何度もありがとうございます。
なんとなくですが、すこし理解できたような気がします。

回答No.6

noname#108554

呼び捨てにしてしまってすみません。さて、
そもそも、120億光年という距離をどうやって計っているかというと、
1.宇宙モデルを決定　パラメータは別の方法で決めておく。
2.赤方偏移zを計って公式に代入
なんですが、この距離の公式はいくつかあって
全部意味が違います。

普通はどの式を使っているのかというと
あんまり自信がないですが、単純に120億年かかって届いたよ、
という意味の式じゃなかったかなあ？

お礼

再びありがとうございます。
が、いまだもってよくわかりません。
光は１２０億年かかって届いたが、そのときに１２０億光年離れていたとは限らない、ということでしょうか？
さらに、その１２０億光年先の天体は、未来の地球からはどう見えるのでしょう？後退速度が宇宙の初期ほど速く、だんだん万有引力のため遅くなるとしたら、今見えている天体はこれから光速を超えることはなく、ちゃんといつまでもその進化が見えるということでしょうか？

回答No.5

noname#108554

この手の話は一般書ではあまり扱っていない話です。
といって専門書に分かりやすく書かれてるというわけでもないので、
結局自分でなんとなく体得するしかないんですが。

通常、「宇宙の大きさ」とはハッブル半径を指します。
これは、宇宙が始まって以来光が到達した範囲です。
一般相対論の用語を使えば、粒子的地平線(particle horaizon)です。
だいたい光速×宇宙年齢程度の値になります。
で、この半径内のイベントしか観測できないので
この半径と宇宙膨張の速さの兼ねあわせで
観測可能性が決まります。
参考URLは、ずばりその話なんですが
wave727の質問はそういうことなんでしょうか？

光速度の有限性と宇宙のダイナミカルな発展を
両方考えないといけないのでめんどくさいですね。

参考URL：

http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=228574

お礼

回答ありがとうございます。
参考URLを全て読ませていただきましたが、大変面白くためになりました。しかし私は専門的に物理学を勉強したわけではないので、理解できない部分もありました。
さて私の質問ですが、先ほどの参考URLと似た質問ですが、少し違います。
例えば百科事典や天文学の本に「１９９１年に１２０億光年離れたクエーサーが発見された」と書いてある場合（私の百科事典にはそう書いてあります）、その１２０億光年の距離とはいつの時点の距離なのかを、単純に疑問に思ったのです。例えばアンドロメダ星雲が２３０万光年離れていると言った場合、セファイド型変光星か何かでそれを計ったわけですから、それはあくまで２３０万年前の話ですよね。
同じことを１２０億年離れている、といった場合もそれは、１２０億年前の話なのか？もしそうなら、そのころの宇宙は、もうそれだけの大きさを持っていたのか、を疑問に思ったのです。

回答No.4

arikui

私も、ご質問と同様の疑問を持っています。
どんな本を読んでも、明確な答えを見つけられませんでした。
そこで、自分なりの解釈を書きます。

クエーサーから地球は高速で遠ざかっています。
クエーサーから出た光はそれより少し速い速度で地球を追いかけています。
スタートのときから１２０億年かかって、やっとクエーサーから出た光が地球に追いついたのです。

では１２０億年前はどういう位置関係だったかというと、地球は今より１２０[億光年]×０．９[光年／年]＝１０８[億光年]、クエーサーに近かったことになります。
つまり、当時はクエーサーと地球の距離は１２億光年だった、というわけです。

しかし、当時、地球は存在していません。将来、地球ができるはずの場所、と考えてください。
また、上の式は常に光速の９０％という一定の速度で、地球とクエーサーの距離が広がっていると仮定しています。

お礼

回答ありがとうございます。
私もarikuiさんと同じような解釈をしていたのですが、その場合光速度不変の相対性理論と矛盾するのかしないのかがよくわからないのです。つまり、その１２億光年を１２０億年かかって到着した光と、我々の太陽から出た光は同じ速さなのでしょうか？

回答No.3

mmky

参考程度に

ビッグバーンが起きた事は確かなようですね。
起きた場所はわかりませんが、ある場所でビッグバーンが起きたとしてそれから閉空間が広がったと考えます。経過後の結果から風船のようなものを想定し、風船の表面の一点を発生点と仮定しますとビッグバーンの発生地点から円周に沿って対象形に広がったと考えれば、例えば、120億年が経過していると風船の円周は240億年になりますね。円周が240億年とすると直径方向には240億年/π＝76億年になりますね。直径が76億年程度の風船が宇宙ということですかね？ということで
もし、直径が240億年程度とすると、円周は760億年で
宇宙の年齢はその半分の380億歳ぐらいになりますね。

お礼

回答ありがとうございます。
宇宙空間が膨張していく様子は、まるで風船に銀河の絵を描いて、それを膨らますようなものだ、とよく言いますね。しかし光はその風船の表面を通って地球に届くと思うので、その風船の直径がどれぐらいかという計算に、意味があるのかどうかよくわからないのです。直径を光が通るとすると、我々の宇宙から外れて、いわゆるワープみたいなものになってしまうのではないでしょうか？

回答No.2

tsukasa-12r

クエーサーが遠ざかっているのは、クエーサーが運動しているためではなく、宇宙空間が膨張しているためだというのはわかりますよね。
宇宙の膨張速度が一定だと仮定しますが、例えば、ある時点でクエーサーと地球の距離がｄだとし、ある時間ｔで距離が２ｄになったとすると、次の時間ｔ後には、距離は４ｄになります。（２ｄのうちのｄがそれぞれ２ｄに拡がるので）、さらにｔ後には距離は８ｄになります。そしていつかは光速を越えて遠ざかることになり、そうした天体からは光がたどり着かなくなります。
こう考えると、１２０億年前にクエーサーを出発した光だからといって、クエーサーを出発した時点で１２０億光年も離れていたわけではないのがわかると思います。

お礼

回答ありがとうございます。
宇宙空間が膨張しているため、遠くのクエーサーは地球から遠ざかっている、ということはなんとなく理解できます。

>>そしていつかは光速を越えて遠ざかることになり、そうした天体からは光がたどり着かなくなります。

そうすると今までかろうじて見えていた天体が、光速を超えたとたん、地球から見ると突然跡形もなく消えてしまうのでしょうか？たぶん、そういうことかも知れませんね。

>>こう考えると、１２０億年前にクエーサーを出発した光だからといって、クエーサーを出発した時点で１２０億光年も離れていたわけではないのがわかると思います。

そうすると、その天体が１２０億光年離れている、と表記されている場合、いつの時点で１２０億光年離れているのでしょうか？現在でしょうか？

回答No.1

MetalRack

疑問を抱いた原因は、仮定で話を進めているからです。
矛盾すると言うことは、仮定が間違えていたと言うことになります。

お礼

回答ありがとうございます。
仮定が間違っているというのは、具体的にはどの部分でしょうか？
宇宙年齢は１２０億年～１４０億年というのが現在の定説になっているので、仮に１２０億年としたのです。１３０億年、１４０億年のどの値でもほぼ同じ疑問が生じます。クエーサーは実際に１２０億光年離れたものが見つかっています。