宇宙原理

アレクサンドル・フリードマン

 質問者さん、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。

 質問者さんは、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、ハップルによって、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、「ハップルの法則」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プ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。