設置公開＜２０１０年７月２３日＞
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＜宇宙とは＞有限＜？＞無限＜？＞／どちらでも、宇宙的、摩訶不思議の世界。 - シバケン
2024/04/27 (Sat) 23:04:08
有限なら、どんな大きさであっても、又、別の世界が存在＜？＞。その先には、更なるの、別の世界が存在＜？＞
で、どちにしろ、我々の想像越え、永遠に続く事になる。
さりとての、当記事の如くに、無限と、されても、想像するに、難しく。
イヤ、球体と、言われたって、球体そのものが、有限の世界では＜？＞
＞宇宙は非常に広大で、現代の科学技術をもってしてもわかっていることはほんのわずか。「宇宙が有限なのか無限なのか」という古くからの問いにさえ人類は答えを持ち合わせていません。宇宙が有限である場合と無限である場合について、科学系YouTubeチャンネルのKurzgesagtが解説しています。
＞宇宙とは「すべての天体や空間を含む領域」のこと。しかし、私たちが観測できるのは「観測可能な宇宙」のみ。宇宙が誕生したのは今から約137億年前といわれていますが、宇宙は常に膨張しているので、観測可能な宇宙の大きさは137億光年よりももっと大きくなります。137億年前に発した光の源にある銀河は、宇宙の膨張を計算にいれるとおよそ450億光年かなたに存在することになります。
＞つまり、「観測する」というのは、私たちの下にたどり着いた光やエネルギーを捉えるということ。「観測可能な宇宙」の果てを考えた場合、これは時間によって生まれた壁なので、大きく見るとあまり意味がありません。
＞実際の宇宙は、観測可能な宇宙よりもさらに広大です。この全宇宙が有限なのか無限なのかは古くから存在する議論であり、今もなお研究されています。
＞「宇宙が有限ということは果てがあるはずだ」と思いがちですが、そんなことはありません。例えば、丸いオレンジの上を小さなアリが歩き続けると、ぐるりと1周して元の場所に戻ってきてしまいます。オレンジの表面は有限ですが、アリにとって果てとなる境界線は存在しません。
＞このオレンジと同じことが3次元空間上でも起こっている可能性があります。私たちは有限である地球上に存在していますが、目に映るのは地平線よりも手前側。例えば日本にいてもブラジルを観測することはできません。観測可能な宇宙が約450億光年ということは、この地平線までの距離が約450億光年ということになり、ここから計算すると、超球型の全宇宙は少なくとも観測可能な宇宙の1000倍は大きくなければなりません。ただし、宇宙の場合は多次元的に閉じた超球となるので、3次元空間に住む私たちが視覚化して認識することは不可能です。
＞「有限だけど果てはない」という形は決して球だけではありません。例えば、球だけではなく、ドーナツのような形(トーラス)も、「有限だけど果てはない」形になります。ただし、球だと同じ場所から違う方向に一周すると同じ距離を進むのに対して、トーラスだと同じ場所からスタートしても方向によって進む距離が変わります。
＞この性質によって、1つの星から放たれる光の距離が大きく変わります。そのため、ある星が生まれた瞬間と死ぬ瞬間を同時に観測するということもじゅうぶんあり得ます。このような奇妙な性質を持つ超トーラス型の宇宙だと、超球型の宇宙と異なり、最小であれば観測可能な宇宙の数倍程度の大きさになるそうです。
＞ここまではあくまでも「宇宙が有限である」という仮定に基づいた話。もちろん観測可能な宇宙の外側が無限の世界だという可能性もあります。
＞記事作成時点では、「インフレーション理論」が定説となっており、宇宙は超高温高密度のエネルギーの塊が「ビッグバン」と呼ばれる急膨張を経て誕生し、今もなお膨張していると考えられています。宇宙が無限だという前提と、宇宙が膨張し続けているという事実はまるで矛盾しているように思えます。しかし、膨張することと無限であることは矛盾しません。無限が膨張しても無限だからです。
＞宇宙が無限ということになれば、「構成する原子の1粒に至るまで自分と全く同じ存在が1つの宇宙内に自分とは別に存在している」ということもあり得ます。実際に起こる確率を考えるとほぼあり得ないのですが、何しろ宇宙は無限ということであればこういうことも起こり得ます。
＞もし仮に地球と同じ星が存在するとして、確率的には最低でも10の1029乗光年離れているそうです。これは観測可能な宇宙を優に超えます。つまり、無限の宇宙に自分と全く同じ存在が無限に存在したとしても、おのおのは観測可能な領域よりも離れているため、決して互いに交流することはできないというわけです。
＞ここまでくると科学というよりはSFの話のようですが、宇宙が無限であれば可能性があるという話であり、無限というのはそれだけ巨大で人類の意識を超越する概念になります。宇宙が有限か無限かはわかりませんが、ただわかっているのは「我々は半径約450億光年の宇宙しか観測できないが、それすらも人類にとっては広すぎる」ということです。
＜参考＝「宇宙は有限なのか？無限だとしたらどんな不思議なことが起こるのか？」（Gigazine）＞
（２４／０２／２８）
https://gigazine.net/news/20240228-universe-is-infinity-or-not/
Re: ＜宇宙とは＞有限＜？＞無限＜？＞／どちらでも、宇宙的、摩訶不思議の世界。 - シバケン
2024/04/28 (Sun) 02:03:51
＜副題＝結局、宇宙は有限？無限？ 宇宙ファンも混乱する問題を物理学者がとことん解説（AERA）＞
＜当記事の末尾＞
「ただし、数学的な意味での無限大の体積を持つ宇宙が、物理的に実在するかどうかは、直接観測で証明できるものではなく、むしろ哲学的な問題に帰着する。」
確かに、現時点、何が、正解かは、誰にも、証明出来ずが故、思考、空想、哲学的世界。
＞宇宙はどのように始まったのか──。そんな宇宙にまつわる疑問に対して、私たちは間違った解釈をしているかもしれない。物理学者の須藤靖氏は、「宇宙はビッグバンから誕生した」は誤解だと指摘する。どういうことなのか。朝日新書『宇宙する頭脳 物理学者は世界をどう眺めているのか？』から一部を抜粋、再編集して解説する。
＞ビッグバンは爆発ではない
＞宇宙は点が爆発して始まった。
＞いわゆるビッグバンの説明としてこのような記述を見かけることが多い。そこには、「宇宙はビッグバンから誕生した」、「ビッグバンは爆発現象だ」、「宇宙はかつて点であった」という三つの主張が含まれている。しかしこれらは控えめに言っても誤解を与える表現、端的に言えば、間違いである。
＞まず、宇宙がいかにして誕生したのかは全くわかっていない。
＞次に、ビッグバンは、バン（bang）という英単語が用いられているにもかかわらず爆発ではない。
＞しかし、宇宙は「誕生直後に」極めて高温かつ高密度の状態を経験したことは確実だ。そして、「その状態」をさしてビッグバンと呼ぶのが普通である。
＞最後に、宇宙を過去に遡ると、その体積は0になる、すなわち「数学的な意味での」点であると考える根拠は間違っている（その結論が間違っているかどうかまでは未だ断言はできないとしても）。
＞今回は、最後の「宇宙はかつて点だった」という広く流布しているとおぼしきこの宇宙最大の誤解の周辺を掘り下げてみたい。
＜本＞
須藤靖『宇宙する頭脳』（朝日新聞出版）
＞結局、宇宙は有限か無限か
＞今から138億年前に発した光を含む平面はいわば「現在の我々が観測できる宇宙の限界」に対応する。この考察を全天に広げれば、この限界は我々を中心とする半径138億光年の球面となる。
＞しかしながらこれは宇宙に果てがあり、有限のサイズを持っていることは意味しない。それどころか宇宙には果てがなく無限の体積を持つと考えられている。
＞にもかかわらず、一般解説書には、宇宙の大きさは3000メガパーセクだとか、宇宙は光が138億年の間に到達できる半径を持つ、とか書かれていることが多い。
＞「宇宙は有限なのか、無限なのか、はっきりしろ」と怒りを覚える方がいらっしゃるのも当然である。
＞この混乱の元凶は、「我々が現在観測できる宇宙」と「観測できるかどうかに関係なくその外に広がっている宇宙」という二つの異なる概念を明確に区別せずに説明しているためだ。その違いはとても大切であるにもかかわらず、説明し始めるとそれだけで講演会が終わってしまうほど時間がかかる可能性がある。
＞そのため、「くどくなくわかりやすい」説明を心がける大多数の専門家は、暗黙のうちに「我々が現在観測できる宇宙」という意味で単に「宇宙」という単語を用いている。このような専門家の善意が、宇宙ファンの多くの方々を混乱させているようだ。
＞そこでとりあえず、ある講演会のあとで寄せられた質問「宇宙の大きさはどの位ですか」に対する、私のくどくてわかりにくいものの実直な回答を紹介しておこう。
＞現在の標準的宇宙論では、宇宙は無限に広がっており果てもないと解釈されています。その意味において、宇宙の大きさは無限大です。ただし、天文学者が単純に「宇宙」と呼ぶ場合、それは「我々が現在（原理的に）観測できる領域の宇宙」（地平線球）をさすことがほとんどです。
＞その意味での宇宙の大きさ、すなわち「我々を中心として、現在観測できる宇宙」の半径は、宇宙誕生以来138億年の間に光が進む距離となります。大まかには138億光年と考えて十分なのですが、宇宙が膨張している効果を考慮してより正確に計算すると約470億光年になります。
＞実はこれこそが「宇宙は点が爆発して始まった」という単純な言い回しを誤解してしまう原因でもある。「現在我々が観測できる領域内の宇宙の体積を138億年前の宇宙誕生の瞬間まで遡れば（ほとんど）点とみなせるほど小さくなる」と丁寧に言い換えるならば、科学的裏付けのある正しい結論である。
＞しかし、我々が現在観測できない宇宙（マルチバースと考えてもよい）までを含めるならば、決してそれは正しいとは言えない。その外にある宇宙が現在無限に広がっているとすれば、過去に遡ってもやはり無限に広がっているはずで、少なくとも我々が考えるような意味の点ではない。
＞冒頭のビッグバンに関する説明、「宇宙は点が爆発して始まった」は、より正確には次のように置き換えるべきである。
＞我々が現在観測できる半径138億光年内の宇宙は、138億年前にはサイズが極めて小さい体積の、高温かつ高密度の状態にあった。しかし、宇宙全体はその領域を超えてはるかに広がっており、無限の体積を持っていたと考えても、現在の観測事実とは矛盾しない。
＞ただし、数学的な意味での無限大の体積を持つ宇宙が、物理的に実在するかどうかは、直接観測で証明できるものではなく、むしろ哲学的な問題に帰着する。
＜参考＝「結局、宇宙は有限？無限？ 宇宙ファンも混乱する問題を物理学者がとことん解説」（AERA）＞
（２４／０４／０１）
https://dot.asahi.com/articles/-/218343