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このページでは、私(竹下徹)が理解する宇宙膨張について述べます.

BIG BANG ビッグバン宇宙膨張モデルの模式図.

宇宙膨張のビッグバンモデルは、この我々の宇宙に今から約150億年前に起こった

出来事を説明してると考えられています。このとき、すでに宇宙は約1cmの大きさに

成長しています(これ以前はインフレーションモデルで説明されると言われていますが、

ここでは説明しません)。これ以後の宇宙の発展をビッグバンモデルは説明します。その

証拠は2つあります。(1)宇宙背景輻射(3度K輻射)の説明、(2)ヘリウムの存在比の説明。ここではビッグバンモデルのいう宇宙膨張とはどんな 物か、見てゆきます。

まず、下の図をご覧ください。

宇宙膨張を1次元(つまりひもの上に住む人が見た世界で、上も下も、右も左も有りません、

あるのは前後だけです)にしてその膨張を示すモデルです。一次元世界のゴムひもの我々は

乗っかっていると思ってください。ゴムひもは左端が固定されており、右端(C点)をなにかが一様

に(一定の速さで)引っ張っています。(このなにかを神などと考えていません。これは説明のためのモデルであり

もしこうだったらこうなる、ってことを解ったように説明する道具なのですから)

上の絵の時刻をt、下の絵の時刻をt+dtとします。つまり時間はdt だけ経過しました。

この間に右端の点Cの左端からの距離はrCからa倍のrCに変化しています。このとき、

途中の適当な位置にあるA点,B点について考えます。

時刻tでA点の左端からの距離はrA,B点の距離はrBとしましょう。

時刻t+dtでは、rA'とrB'の距離にそれぞれA点、B点は左端からあります。

問題はA点からみたB点の速さVABです。その計算が図の中でなされています。

結果はVABはA点とB点の距離(rB-rA)に比例する。ことが解ります。これが我々の宇宙の膨張の様子なのです。

この宇宙の遠くの星や銀河を観測すると、遠いほど早く遠ざかっていることを説明しています。

ハッブルはこのことを、測定して発見しました。つまりそのころはこのことは実験事実でした。

今のこの解釈により、我々の宇宙がゴムひものような広がりをしていると考えると、事実を説明できます。

ただし、星と星、あるいは星と銀河の「距離」が広がっているのであり、 重力により支配される宇宙のこれより

ミクロ(小さな世界)までこの膨張を拡張してはいけません。つまり、我々のそこにある机の上の物差 しの目盛り同士の距離が広がっている訳ではありません。いわんや原子同士の距離や原子核と電子の距離なども広がっている訳ではありません。

星と星、あるいは星と銀河のような宇宙の大局的な距離の広がりが宇宙膨張というものであり、

ゴムひもモデルで容易に説明できるように、膨張の仕方(ハッブルの法則)は一様な宇宙を仮定すればごく自然な

ものであることが解ります。さらにこれをもうちょっと数学的に書いてみます。(高校の物理を知っていれば解ると思います)



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