宇宙の大きさはどれくらいですか?宇宙の地平線と無限の間

観測可能な宇宙の限界のパラドックス: 宇宙論的地平線

観測可能な宇宙の半径は約 460 億光年ですが、宇宙の年齢が 138 億年と推定されていることを考えると、この値は矛盾しているように思えます。このパラドックスは次のように説明されます。宇宙の膨張 (宇宙の物体間の距離を引き伸ばす、空間自体の膨張): 空間自体が伸縮するため、光の速度と宇宙年齢の単純な積よりも長い距離を光が移動できるようになります。

宇宙の膨張

宇宙の膨張は、時間の経過とともに空間自体が成長することを意味します。銀河がロケットのように宇宙を「移動」するのではなく、膨張する風船の表面に描かれた点のように、銀河間の空間が広がっていくのです。

この考えは 1929 年にエドウィンハッブルによって確認され、銀河が遠くなるほど、より早く遠ざかることを観察しました。これを簡単な公式 \(v = H \times d\) で要約します。ここで、 \(v\) は距離速度、 \(d\) は距離、 \(H\) はハッブル定数です。

この膨張のおかげで、観測可能な宇宙は光年で表される年齢よりもはるかに大きくなり、年齢は 138 億年ですが、観測可能な半径は約 460 億光年に達します。遠くの銀河からの光はこれまでずっと伝わってきましたが、その過程で宇宙は広がってきました。

注：:
最近の発見では、あたかも神秘的な「暗黒エネルギー」が宇宙の成長をますます加速させているかのように、この膨張が加速していることさえ示しています。

観測可能な宇宙はなぜその年齢よりも大きいのでしょうか?

特定の宇宙論的瞬間に測定された距離はと呼ばれます移動距離つまり、特定の瞬間に展開を「凍結」します。これは、観測可能な半径を表すために今日使用されている定義です。138億年。

ただし、共動半径は、宇宙の膨張に関係なく、特定の物体に対して固定されたままの距離の尺度に対応します。たとえば、光が私たちに届くまでに 138 億年かかる銀河は、現在約 460 億光年離れた距離にあります。この量は膨張の影響を中和し、観測可能な宇宙の体積を明確に定義できるため、宇宙論的スケールを比較するために不可欠です。

注：:
「46.5 Gly」という値は、光の移動時間ではなく、今日の移動距離を指します。その違いは空間の拡大によって生じます。

地平線の彼方：アクセス不可能な宇宙

この地平線を越えて460億光年, 宇宙には私たちが観測できない部分があります。これらの地域から発する光は、大昔からまだ私たちに届く時間がありません。ビッグバン (膨張の始まりを示す、宇宙の仮説上の初期瞬間)。標準的な宇宙論モデルによれば、宇宙は無限であるか有限である可能性がありますが、端はありません。

さまざまな地平線

観測可能な宇宙を理解するには、距離と時間に関するいくつかの概念を区別する必要があります。これらの概念を組み合わせることで、観測可能な宇宙の構造と進化をより適切に視覚化できるようになります。

ザ観測可能な共移動半径現在私たちが見ることのできる最も遠い距離に相当します。460億光年。
ザ観察可能な直径私たちを中心とする球の合計サイズを表します。つまり、共動半径の 2 倍、または約930億光年。
ザハッブル半径空間の膨張が光の速度に達するスケールを定義します。140億光年。
L'宇宙の年齢ビッグバンからの経過時間を示します。138億年。

ホライズンと特性値の比較
コンセプト	意味	指示値	コメント
観測可能な共移動半径	今日の最後の拡散の表面までのコモービル距離	≈ 46.5 グリ	モデルに依存する値。一般的に「460 億光年」として引用されます。
観察可能な直径	移動半径の2倍	≈ 93 グリ	観測者を中心とする球に関連付けられた、観測された共移動ボリューム。
ハッブル半径	\(c/H_0\)、特徴的なスケール	≈ 14.4 グリ	スケールは \(H_0\) の値にリンクされます。粒子の地平線の物理的な意味が異なります。
宇宙の年齢	ビッグバンからの時間	≈ 13.8 ギル	パラメーターは CMB と宇宙論的データの合成によって十分に制約されます。

光よりも速く移動することは可能ですか?

アインシュタインの特殊相対性理論によると、真空中では光より速く動くものはありません。この限界速度 \(c \約 299 792\) km/s は、因果関係と時空の構造そのものの基礎です。したがって、宇宙空間を局所的に移動している船や粒子は、この速度に達することも、それを超えることもできません。

ただし、宇宙規模では例外もあります。 L'宇宙の膨張 (時空そのものの引き伸ばし)相対性理論に違反することなく、光速を超える見かけの速度で 2 つの物体を分離することができます。実際、 \(c\) より速く空間を移動するのは物体ではなく、物体の間に広がる空間そのものです。これは、標準の \(\Lambda\)-CDM モデルの枠組み内で、非常に遠い銀河が光よりも速く私たちから遠ざかっているように見える理由を説明します。