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.4

noname#175206

お礼、ありがとうございます。#2です。

　観測可能限界距離、そこから推定される確かに存在するはずの宇宙までの距離といった、宇宙の大きさは、最早ハッブルの法則では決められません。

　これは、（単純な）ハッブルの法則が、等速で広がるという仮定があるためです。

　標準理論でも減速膨張ですし、さらに宇宙初期は加速膨張であるとも言われており、現在は再び加速膨張に入っているという説が有力になってきています。いずれもハッブルの法則から外れる要素です。

　ただし、ハッブルパラメータが変化するとするハッブルの法則であれば、また別の話であることは、もちろんです。ハッブル定数ではなく、ハッブル・パラメータということですね。これが現在の宇宙論では非常に重要なパラメータです。

　粒子水平線は粒子地平線と言うほうが多いと思いますが、これは後退速度が光速度の距離とするほうが多いでしょう。それが137億光年で、470億光年を指して言うのはは、通常は行われていないようです。この距離が現在の因果律の限界距離でもあります。

　宇宙原理が仮定されれば（普通は時間を除いて仮定する）、宇宙空間は原則として一様等方です。もちろん、重力により銀河もあり、銀河の集合の大規模構造もありますが。

　この宇宙原理という仮定から、ロバートソン・ウォーカー計量、変化するハッブルパラメータのハッブルの法則、宇宙の曲率といったものが出て来ることは、ご存じでしょうね。

>赤方偏移Z＝１０近くの複数の超光速後退の星雲が観測されているようなのです。

　どの事例かよく分かりませんが、後退速度にせよ、固有速度にせよ、実際に超光速で後退しているなら観測できません。光を含む電磁波が届きませんので。見かけの超光速ということなら、幾つも例があったはずですが、あまり興味がわかなかったので、個々の例は覚えておりません。

>超光速の460億光年先の背景放射３K観測において北極天と南極天の放射が同じ値を示すことが観測されています。

　これは無理です。観測可能限界は137億光年です。なお、大域的に宇宙を考える場合、北極天、南極天と言う言葉は普通は用いられなかったかと存じます。地球から天体観測する場合に、天の北極と言ったりはしますが。

>ビッグバン直前、因果律が成り立っていたものが　ビッグバン・インフレーションにより　お互いの因果律は無視の状態になったが　昔の因果律痕跡は観測できる

　一応、子宇宙、孫宇宙という無限の連鎖という仮説もありますし、ホーキング博士の虚時間による宇宙開始以前の考察もあります。さまざまにあります。もちろん、どれも観測事実はなく、想像の領域です。観測できないという方が正確でしょうね。

　もし、そういう現在の宇宙以前の「昔の因果律痕跡」が観測できたとしたら、それは宇宙以前から因果関係が続いているということになります。上記のような、現在の宇宙論を発展させた仮説、想像のいずれも、専門家の間で、ある程度の物理学的共感を得ているものは、そういうものは想定できないとされています。

　ただし、観測等より否定されてしまっていますが、閉じた時間の宇宙であるゲーデル宇宙モデルについては、未来を延長して行くと過去から現在に戻るというループする時間ですので、因果律の痕跡らしきものは発見されるでしょう。
　ただ、それは因果律や、その痕跡ではありません。たとえ量子力学がいう不確定性が「ローカルな時間」に存在しても、大域的な時間では全てが完全に同じことを繰り返す決定論の世界となっており、因果律と言う概念が無効だからです。全てがあらかじめ決まっているなら因果は不要ということですね。

>宇宙の大きさは　４６０億光年として　問題なのでしょうか　ということです。

　問題でしょうね。観測はできなくても、もっと大きな領域を考察しますので。
　たとえば、宇宙が開いているとして、10の24乗を24乗した光年先を考察していたりします。460億光年どころではありません。

　460億光年という「半径」は、もしも宇宙が閉じていても、それ以上の距離でなければ辻褄が合わないという、最低限度の宇宙の大きさです。

お礼

ご回答ありがとうございました。

フリードマン解とハッブル法則に整合性をもたせて　宇宙を説明すると　ビッグバンより宇宙はインフレーション膨張したとされます。ビッグバン後４０万年たち星雲物質が構成され　光子は直進するとされています。この説によりますと　現在はビッグバン後１３７億年たっており　空間膨張の宇宙のはしは　460億光年にあるとされ　膨張速度は　光速の３倍とされています。ビッグバン４０万年後の粒子の光とか星雲からの光が137億年かかって今観測されており　その４０万後からの粒子、物質は４６０億光年のさきに行っているという説明です。
現在観測される137億光年に近いところからのZ＝１０の銀河の光は　４０万年後付近の光であって　当時の速度に相当する超光速による赤方偏移を表しているということのようです。現在　それら銀河は　４６０億光年付近にあるということです。観測される光は光速ですから　137億光年までであります　がフリードマンとハッブルの理屈は　460億光年付近の星座が　１３７億年前には光速を超えていたというZ＝１０（複数の星座あり）の痕跡をしめしている　ということのようです。
このような複数星座は　インフレーション膨張は超光速であっても何らか因果関係があったのではないか　ということです。さらに全天空の背景放射が一様であるということも　超光速であっても何らか因果関係をしめしている　ということのようです。背景放射の場合もビッグバン４０万年後の光を137億光年後に観測しているわけで　当時の背景放射の空間は460億光年になっているようです。そこで光速を超えた領域である137億光年～460億光年の間と137億光年内との物理因果関係はどうなっているのでしょうか　という疑問をもったわけです。超光速域の過去の因果関係は　今日の光速域において観測される　というフリードマンとハッブルの理屈を　もっと一般化できるのではないかということです。この場合のみ成り立つのなら　インフレーション下での因果律の詳しい説明が欲しいところです。

ということを踏まえて　４６０億光年外に何があろうが　物理学的には無関係であり（因果律は適用されない）これを宇宙サイズと理解したらどうでしょうか　という問題をもった次第です。460億光年は未来はまたフリードマン・ハッブルの理屈に従い拡大してもいいのです。さらに多くの宇宙を想定したとして　実証も出来ず　理論的にも無関係、因果関係もない　のであれば　物理学的意味はないと思います。要するに因果関係がある領域を宇宙サイズとしたらどうでしょうか　という考えです。

宇宙の観測限界は光を使っているわけで　そのモノサシは１３７億光年です。その意味で宇宙の観測限界は１３７億光年というは了解しました。460億光年の呼び名は粒子の地平線が正しいのですか、うっかり水平線と言ったようですみませんでした。意味はそれ以上の粒子領域はフリードマン・ハッブルの理屈ではない　ということです。私には　これが物理学の宇宙限界仮説のように思われます。