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下の図は、東京大学の須藤靖教授の資料から引用したものです。

mur********さん

2016/11/2610:58:07

下の図は、東京大学の須藤靖教授の資料から引用したものです。

http://www.sinra.jp/2005-03-09/suto/pub-web/
(スライド107)
この図を使って、「宇宙原理」とはどのようなものかを説明してください。

なお、「この図を使って」という条件を満たさない回答に対しては、「お前はキャットバードか!」というツッコミを入れさせていただきます。

補足天文・宇宙カテが誇る3賢者にお答えいただき、ありがとうございます。
普段、宇宙に果てはないとか地球の表面のように閉じているとか言っている人のご意見はないんでしょうか?

インフレーション,宇宙原理,須藤靖教授,BIGBANG,キャットバード,東大,図

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ベストアンサーに選ばれた回答

sun********さん

2016/11/2721:56:50

>この図が表現している宇宙モデルでは、宇宙原理は成り立っているのか、成り立っていないのか? 成り立っているとしたら、どこがどう一様かつ等方なのか? という質問です。

という補足も質問の一部に含めて、ご回答します。

「この図が表現している宇宙モデル」とは、インフレーションシナリオ的世界観ですね。図中の緑色の部分だけが膨張して我々はその中におり、他の黄緑や黄色などの領域のことは観測不可能になっているというもので、佐藤勝彦がインフレーションを発想する最初の動機になった考えです。

最初はごく小さい領域に過ぎなかった部分がそこだけ拡大されたので、その範囲内では「宇宙は一様・等方である」という宇宙原理が成り立つでしょう。観測可能な範囲の宇宙(地球を中心とした半径465億光年の球状)はこの中に含まれるので、ここでは宇宙原理が成り立っているとみなしても良いだろうと推定されます。

しかしインフレーションによって遠くへ押しやられた他の領域には、宇宙原理が適用できる保証はありません。むしろ、モノポールのように我々の範囲では観測できないものがそっちにあると考えられているので、全体的には宇宙原理は成り立たないと言えるでしょう。

tong_poo_hさんの内容と(観測可能な範囲の数字を間違えていること以外は)ほぼ同一ですが、この図が表現しているのは全体としては成り立っていない、ということです。

  • 質問者

    mur********さん

    2016/11/2813:11:16

    ご回答ありがとうございます。
    極めて、論理的で適切なご説明であると思いました。さすがは森の賢者さんですね。

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質問した人からのコメント

2016/12/3 19:13:56

ありがとうございました。私の見解と完全に一致しています。嬉しいです。

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qqq********さん

2016/12/312:39:40

その図とは外れるのですが、私は独自に宇宙を考えていて、そして果てに付いて回答したものがあるので載せてみます。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1016251810...

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ide********さん

2016/11/2721:52:56

この図解はインフレーションを説明してる筈。
インフレーションは空間の指数関数的膨張…とあります。

青いギザギザの領域が周囲の赤い領域を押し広げてるように見えます。緑の領域は逆に縮小してます。

これらを隔てる境界があるわけですが境界の内と外は何が違うのか?

空間膨張の説明をしてるんですから膨張率?が違うんでしょうね。

でも空間膨張なんだから「赤」の膨張しない側が広げられるような動きをするのはおかしい。また「青」の膨張領域も広がるという動きがあるならそれは空間に対した動きなので「空間に対して空間が広がる」というおかしなお話になってしまいます。

つまりこのイメージ図はホントにイメージであってこれを使って空間膨張とか宇宙原理の説明とかは出来ないというのが正しいと思います。


この図のように空間を俯瞰した場合は一部が空間膨張しても俯瞰した見た目は変わらない。膨張空間以外は不動なので動いたらおかしい。
その膨張空間に侵入して初めてその内部空間が広いのが解るっていう事になる筈。

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ton********さん

2016/11/2617:19:21

非常に巨視的な視点では宇宙原理が成り立つ必然性はありませんし画像でも全体としては成り立っていません。

そのように均質でない世界でも、逆に非常に小さい領域では均質とみなせます。

インフレーションによってこの極小の領域が爆発的に広がり半径138億光年以上の領域に現在なっているとすれば、図の黒い円の中では宇宙原理が成り立つことになります。

その外側の赤の領域では成り立っておらず、更にこの図の外側に広大な領域が広がっている場合に全体として宇宙原理が成り立っているかはわかりません。

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ID非公開さん

2016/11/2613:27:39

私は、catbirdです。おじいちゃん、またまた激しくストーカーしてますね。カクシャクとされて何よりです。

この宇宙に端はあるのでしょうか。現在の宇宙に関する理論は、この宇宙には端は無いとする「宇宙原理」に基づいて構築されています。

宇宙原理とは、「大きなスケールで見れば、宇宙は一様かつ等方である」と言うものです。これは、簡単に言えば、宇宙は何処も同じであり、どちらの方向を向いても同じであると言う意味です。

では、「一様」と「等方」の意味を確認しておきましょう。宇宙には、惑星や恒星が有るところと無いところがあります。同様に、銀河の有るところと無いところ・銀河団や大規模構造の有るところと無いところがあります。この様に、小さなスケールで見ると、宇宙は「一様」ではありません。しかし、数十億光年のスケールで見ると、物質密度は殆どどこも同じとなります。そして、特別な方向はありません。この宇宙のどこに立ってどちらの方向を見ても全く同じと見えます。この宇宙の、何処に立ってどちらを見ても、同じ密度の物質が分布しており、その物質は、立っている場所からの距離に比例して遠ざかって行きます。

ここでこの様な疑問を持たれるでしょう、この宇宙は、138億年前にビッグバンにより生じました。あらゆるものが一点に集中していましたが、未曾有の大爆発によりプラズマが四方八方へ飛び散りました。現在もこの宇宙は膨張を続けています。そうであるなら、物質の密度は同じではなくなります。ビッグバンの爆発の中心に近いほど物質の移動速度が遅く、離れる程移動速度は速いことになります。従って、ビッグバンの起こった地点に近いほど物質の密度は高いのではないか。つまり、この宇宙は「一様」ではないのではないか。

また、ビッグバンの起こった場所から見ると、全ての天体は距離に比例して遠ざかっていると見えます。しかし、それ以外の場所からみると、天体はビッグバン地点を中心とした同心円を描くように放射状に広がります。その時、ビッグバンと天体を結ぶ横方向を見ると、一応他の天体は距離に応じて遠ざかって行く様に見えます。しかし、縦方向(ビッグバン地点に向かって上下左右方向)にある天体は、観察者が立っている天体とほぼ同じ方向へ向かって移動しているので、横方向に比べて余り遠ざかっては行きません。
これでは、宇宙の密度は場所により異なり、「一様」ではないことになります。また、ビッグバンの中心と言う特別な場所があることになります。そして、そこ以外の場所では、横方向と縦方向では、他の天体の遠ざかって行く速度は異なっており縦方向と横方向と言う特別な方向があることになり、この宇宙は「等方」ではなくなります。

しかし、1929年に、ハッブルによって、遠くにある天体程地球から速い速度で遠ざかっていることが判りました。そして、「ハッブルの法則」が成立する為には、地球がまだビッグバン発生地点の極近くにあるか、宇宙全体が、2倍3倍となるような形で膨張しているかのどちらかしかありません。 現在、地球がビッグバンの中心にはないとしたら、この様に「宇宙空間自体」が全ての方向へ等しく膨張しているとしか考えられません。宇宙空間がこの様に膨張すれば、宇宙の密度はビッグバンの位置に関係なく同じとなります。これで、何処に立ってどちらを見ても全く同じと見えます。これで、この宇宙には、特別な場所も特別な方向もなくなります。

現在、宇宙の精密な宇宙マイクロ背景輻射の観測から、観測される限り宇宙の物質とエネルギーの密度は同じであることが分かっています。そして、観測可能な限りハッブルの法則通りにあらゆる方向の天体は、距離に比例して遠ざかっています。したがって、現在観測可能な宇宙の大きさは、半径465億光年の球体ですが、この範囲の宇宙は「一様」で「等方」なことが確認されています。

では、その外側の宇宙はどうでしょうか。ビッグバンの爆発力により点から宇宙空間自体が膨張しているのなら、必ずその端はあります。しかし、宇宙の端からは、遠すぎていかなる因果関係も地球に届きません。逆に、地球からの因果関係も届きません。因果関係の最速は光速です。即時に伝わる因果関係はないのです。従って、理論を構築する際、宇宙の端を計算に入れる必要がないことは明らかです。こう言う意味において、「宇宙原理」は誤りであるとの主張は、物理学上は誤りです。

質問者さん、以上の様に宇宙の端を知ることは出来ませんし、そこに行くことも出来ません。ですから、物理学上宇宙の外側を考える必要はないのです。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://beach26.webcrow.jp/utyuugennri.html

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a4g********さん

2016/11/2612:39:06

大元のウェブサイトを見ましたが、そもそも宇宙原理と関係ないのではないでしょうか。このページが意味しているのは、全体の講義の中で、多元宇宙の話でしょう。

つまり、宇宙が誕生してわれわれの宇宙がある。でも、その宇宙は唯一無二とは限らない。従って、初期条件が色々に変わった宇宙が誕生したとも考えられる(だが、誰も自分以外の宇宙など見たことはないのだが)。その中で、初期条件が悪いと、ビッククランチで宇宙自体が壊れてなくなったり、物質が存在できない宇宙になったりしてしまう。

初めに多数の宇宙が生まれ、生き残った宇宙だけが残り、その中の一つが我々の宇宙だという説明ではないでしょうか。一方で、宇宙原理とは、

Wikipediaでは「「宇宙原理 (うちゅうげんり、cosmological principle) とは、「大きなスケールで見れば、宇宙は一様かつ等方である」という主張である。」

なので、この図から宇宙原理を説明せよというのはプレゼンの趣旨がそもそも違うと思います。

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