観測限界宇宙

質問

勉強不足で申しわけありません。以下よろしくお願いします。

観測限界域付近の赤方偏移は　一般相対論的なドップラー偏移の表現で説明されてる　のが正しいとされているようです。特殊相対論的ドップラー偏移表現が間違いであるのは　時空間が慣性系ではない　ということのようです。

　(1)慣性系かどうか観測値から　いかにして見分けるのでしょうか
　(2)超光速世界では　因果律は破綻しているのでしょうか
　(3)宇宙開闢から約４０万年後に現在の星雲構造が出来たと説明されて
　　　います。その粒子的地平線の外の仮定は　空間は有限のよう
　　　に思われるのですが　それとも無限もあるのでしょうか。　この外の
　　　仮定（物質、時空間）は　一般相対論に影響を与えるのでしょうか。

　　　　以上

回答No.1

jelfe

全部自信をもって書くわけじゃありませんが…

>特殊相対論的ドップラー偏移表現が間違いである
これは間違いと言うんじゃなくて、特殊相対性理論では単純なことを単純なまま扱ってるので、
細かい事は何も計算してないだけと言うことだと思います。

1: >慣性系かどうか観測値から　いかにして見分けるのでしょうか
なにの観測かは分かりませんが、
遠方の観測と計算をする、と言う意味での話でしたら見分けてないです。
ただの光源元の周波数決めつけによる計算です。
もしくは遠方の全ての恒星と銀河に対して、膨張による距離の移動と言う決め付けです。
たまに単なる決め付けじゃない場合もありますが、だいたいほぼ決め付けです。

2: >超光速世界では　因果律は破綻しているのでしょうか。
質問が曖昧で何を聞かれているのか分からないので、
ざっくりとしか答えられませんが特に光速に関係なく、
「化学的な」因果律は「科学的な」場では全て破綻してるとも言えます。
でも科学には科学の因果律がないと困ると言うのはたぶん全ての研究者の根底にあります。
量子力学とかは「そんなのなくても構わないもんねー」ってスタイル的な所も持ち合わせますが、
それは研究過程の手段的になくても構わないと言うことであって、
実際には本当に現実上なかったら困ります。

もう少し分かりやすく言うと「実際なにがどうなってるのかようわからん」って状態でも、
現実には「原因, 過程, 結果」が存在してないとどうにもならんってのが人間が構築できる論理の範囲です。

3: >無限もあるのでしょうか。一般相対論に影響を与えるのでしょうか。
無限ではないです。無限だと困ります。
有限であって初めて私達の今の世界が今の世界として実際に定義されます。

そして相対性理論をどう扱うかが決まります。
理論の意味も変わってくると思います。
でも理論自体に対しては「影響はない」です。何がどうなっててもいいのが相対性理論ですので。

極端な話、現在の世界を作る4つの次元が崩れて消えても理論は変わらないです。
(理論の必要性はなくなりますけども…)。
理論が崩れるとしたら、今の世界のまま光の速度が変動してきたとか、
そうゆう前提部分か覆された時だけだと思います。

と言うか、宇宙は全体が先にあって細部が決定していたとしても、
人間基準では逆で、近場から割り出して全体を模索することになります。
したがって「判明した定数から全体を割り出せるだろう、そして全体が定数を決定させているのだろう」と言う立場です。
もう少し分かりやすく言うと「先に」相対性理論を扱いたいように扱って推測を可能にします。
もちろん数式に当てはめるのは「影響を受けているであろう数値」です。

ただし宇宙の膨張は実際に「膨張その物を観測したわけではない」と言うのを念頭に置く必要があります。
本当の極論的には膨張は仮定です。

お礼

jelfeさん、ありがとうございました。

(1)多くの解説は　観測値としては　３Kの全天の一様背景放射、遠方恒星の距離と赤方偏移値が得られていて、そこから　宇宙の構造を理解しよう　ということと思われます。

(2)理論としては一般相対性理論のフリードマン解、と観測値を加工したハッブルの後退速度と距離の比例関係を用いて　宇宙構造を説明しようというわけです。

私の単純疑問は　(1)を合理的に説明できるのは　(2)が唯一のものなのか　ということです。これから　何か　どんでん返し的説明がでてきてもいいと思うのですが。又　因果律はビッグバンからインフレーションが起きる直前までは　あるようですがインフレーション発生後、超光速領域は観測不能域であり　因果律を是としている物理学の範囲外であり　因果律破綻としても　なにも問題ないようです。ただ　過去に因果律に従ったところの　今は因果律の外である部分の結果の推定はしている　ということ　のようです。
以上、感想まで。

補足

jelfeさん、ご回答ありがとうございます。若干の補足説明をさせてください。

宇宙の粒子水平線は４６０億光年であって　光子水平線は137億光年であって　それらは加速膨張している、との説明をよく見かけます。137億年前にビッグバンがはじまり宇宙の光子観測限界まで宇宙は広がったが　137億年前に光を発した粒子は460億年光年まで広がっているということです。光子観測限界付近の銀河の赤方偏移を観測するとZ＝10のものもあり　速度は超光速になっており　460億光年まで粒子は広がったことの痕跡であるという説明であります。この説明は特殊相対論の速度計算を用いてはいません。光子観測限界では　特殊相対論ではなく　超光速ありの一般相対論の領域という説明です。この疑問は　どこまでが特殊相対論域か　ということです。因みに　460億光年の計算は　銀河星雲の構造が定まった時点の宇宙黒体温度、宇宙半径を想定し、現在の宇宙背景黒体温度（2.7K）になる黒体半径を求めると　出てきます。確かに宇宙年齢137億光年に比べ　インフレになっていることはわかります。それは　光子に対してのみの広がりであって　それ以外の粒子の広がりが　どうなっているか　は意味してないと思います。だからZ＝10のものもあり　それは　速度は超光速で膨張している　という説明がされていますが　恣意的ではないかとおもうのです。光子観測限界内は特殊相対論では　何が不都合か　ということです。

例えば、超光速粒子があったとして無理無理相対論に当てはめると２点間の通過時間が虚数で表されます。通常は通過時間は実数であって　始点の次に実時間後に終点にいたるとういう因果律が担保されているわけです。超光速で膨張している宇宙にあっては　虚数時間の因果律はどう理解されるのでしょうか。光速が変化するとして因果律は担保されるという理解もあると思いますが。あるいは空間のみの膨張は超光速であっても因果律は無視されるというのが　相対論の理解なのでしょうか。もしそうなら　空間膨張なのか　粒子膨張なのか　の見分けの問題でもあります。

インフレーション理論を含めて相対論が成り立つ時空間宇宙を想定します。それ以外の時空間の影響が内部にあるなら　外部の観測実証手段はなく　物理学的理解の限界のように思われます。影響がないのなら　相当にこの内部宇宙の理解は進む　とおもうのです。影響がないのなら　無限に広がる宇宙であっても有限であっても　我々の物理学的宇宙は決まるとおもうのです。