宇宙の果てには何があるのか

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目に見えるところから宇宙は均一ではなく、場所によって状況が大きく異なることもありえます。 その可能性が、宇宙論的多元宇宙論です。 この意味での多元宇宙があるかどうかはわかりませんが、実際にどちらか一方を見ることはできないので、オープンマインドでいるのが賢明でしょう。

Jo Dunkley

プリンストン大学 物理学・天体物理学教授で、研究分野は宇宙論、宇宙の起源と進化の研究

まだまだありますよ！p

さて、私たちは、実は宇宙に端があるとは思っていないのです。 宇宙は、あらゆる方向に無限に続いているか、あるいは、無限に大きくはないけれども、端がないように、自分自身に巻きついていると考えています。 ドーナツの表面もそうで、端がないんです。 宇宙全体もそうかもしれません（ただし、ドーナツの表面は2次元なので、3次元で）。 つまり、ロケットで宇宙のどの方向に向かっても、長く旅をすれば元の場所に戻ってこられるということです。

しかし、我々が観測できる宇宙というものがあり、それは我々が実際に目にできる宇宙の一部分です。 その端は、宇宙が始まって以来、光が到達する時間がなかった場所です。 その先には、私たちが見ているのと同じように、銀河の超集団があり、それぞれの巨大な銀河には何十億もの星や惑星が存在しているのです。

Jessie Shelton

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校、物理学・天文学助教授、天体物理学と宇宙論の研究

これは宇宙の端をどう捉えるかにかかっていますね。 隣の銀河、アンドロメダを見るときでさえ、今起こっていることではなく、アンドロメダの星々が、私たちの望遠鏡が今ようやく検出した光を発した、2.5億年前に起こっていたことを見ているのです。 私たちが見ることのできる最も古い光は、最も遠いところから来たものです。ある意味では、宇宙の果てとは、私たちに届く最も古い光で見ることのできるものなのです。 私たちの宇宙では、宇宙マイクロ波背景放射がこれにあたります。これは、ビッグバンによって宇宙が十分に冷えて原子が形成されたときの、かすかな残光を示しています。 これは「最終散乱面」と呼ばれ、高温でイオン化したプラズマの中で電子の間をピンポン飛び交う光子が、透明な空間を通って何十億光年も先の地球まで流れ出した場所を示している。

今、宇宙の果てには何があるのでしょうか。 宇宙はどんどん膨張しているので、おそらくここに到達することはできないでしょうが、推測はできます。 この宇宙は、どの方向から見ても同じように見えます。 ですから、もしあなたが今日、観測可能な宇宙の果てにいたとしても、私たちの宇宙とほぼ同じ姿の宇宙、つまり大小さまざまな銀河が四方八方に広がっているのを見ることができるはずです。 つまり、より多くの銀河、より多くの惑星、そして同じ質問をする生物さえもいるのです。

Michael Troxel

物理学助教授。 デューク大学では、観測的および理論的な宇宙論を研究しています

宇宙の大きさは無限であると思われますが、実際には複数の「辺」が存在します。

私たちは、宇宙は実際には無限であり、端がないと考えています。 宇宙が、1パーセント以上の精度でテストしたように「平ら」（1枚の紙のように）であるか、「開いている」（サドルのように）なら、それは本当に無限です。 一方、「閉じた」状態、つまりバスケットボールのような状態であれば、無限ではありません。 しかし、ある方向に十分進むと、最終的には元の場所に戻ってきます。ちょうどボールの表面に沿って移動することを考えてみてください。

宇宙はまだ私たちにとって「端っこ」を持っています。

宇宙はまだ我々にとって「端っこ」ですが、実は2つあります。これは一般相対性理論の一部で、宇宙のすべてのもの（光を含む）には速度制限があり、その速度制限はどこでも同じである、と言っています。 また、私たちの測定結果は、宇宙があらゆる方向に膨張していること、そして単に膨張しているだけでなく、時間とともにますます速く膨張していることも教えてくれます。 つまり、私たちが遠くにある物体を観測する場合、その物体からの光は私たちに届くまでに時間がかかります（距離÷光の速さ）。 厄介なのは、光が私たちに届くまでの間に空間が膨張しているため、光が私たちに届くまでの距離も時間とともに長くなっていることです。

そこで最初に、もし光が宇宙の始まり (これは約 137 億歳) に発せられたなら、物体から観測できる最も遠い距離はどのくらいか、と尋ねることができます。 これは、約470億光年先（1光年は地球と太陽の距離の約63,241倍）であり、「移動する地平線」と呼ばれていることがわかります。 また、少し違った質問もできます。 もし私たちが光速でメッセージを送ったら、他の惑星の誰かがそれを受け取ることができる最も遠い距離はどのくらいだろうか？ 宇宙の膨張速度は、過去に遅くなる代わりに未来に速くなるため、これはさらに興味深いことです。

その結果、たとえメッセージが永遠に旅を続けたとしても、今我々から160億光年離れたところにいる誰かにしか届かないことがわかりました。 これは「宇宙の事象の地平線」と呼ばれています。 しかし、私たちが観測できた最も遠い惑星は約2万5千光年しか離れていないので、私たちは宇宙に存在すると思われるすべての人に、いずれは挨拶することができるのです。 しかし、現在の望遠鏡で確認されている銀河の最遠距離は、わずか約133億光年なので、今はどちらの「端っこ」にも何があるのか見ることはできません。 つまり、どちらの端に何があるのか、誰も知らないのです！

Abigail Vieregg

シカゴ大学カビル宇宙物理学研究所助教

地球上の望遠鏡を使って、宇宙の遠い場所から来る光を見ています。 光源が遠ければ遠いほど、その光がここに到達するまでの時間は長くなります。 ですから、遠いところを見るということは、その光が生まれたときのその場所の様子を見ているのであって、今のその場所の様子を見ているのではありません。 どんどん遠くを見ていくと、ビッグバンから数十万年後に相当する場所に行き着きます。 それ以前の宇宙はとても熱くて密度が高く（星や銀河ができるよりもずっと前です！）、宇宙のどんな光もただガタガタと動いているだけで、今の私たちの望遠鏡では見ることができません。 この場所は「観測可能な宇宙」の端であり、その向こうは見えないので「地平線」とも呼ばれます。 しかし、時間の経過とともに、この地平線は変化していきます。 ビッグバンからの経過時間、光の速さ、宇宙の広がりによって制限される自分の地平線です。

今日の地球の地平線に相当するところは、今日はどのように見えるでしょうか。 私たちはその場所を、現在の姿ではなく、ビッグバン直後の姿としてしか見ることができないので、知ることができないのです。

また、宇宙は、今日たまたま地球から見ることのできる宇宙の一部よりもはるかに大きく、宇宙そのものに「端」はないと考えています。

Arthur B. Kosowsky

ピッツバーグ大学物理学教授で、研究テーマは宇宙論と理論物理学の関連問題

宇宙の最も基本的な特性の1つはその年齢で、さまざまな測定から現在137億年であると判明しています。 また、光は一定の速度で伝播することが分かっているので、非常に早い時期に始まった光線は、今日までに特定の距離を移動したことになります(「水平距離」あるいは「ハッブル距離」と呼ばれます)。 光速より速く伝播するものはないので、ハッブル距離は原理的に観測可能な最も遠い距離となる（相対性理論を回避する方法が発見されない限りは！）。

宇宙マイクロ波背景放射という、ほぼハッブル距離から届く光源が存在します。 私たちは、マイクロ波背景放射の起源となる距離まで、宇宙には「端」がないことを知っており、それは私たちからのハッブル距離のほぼ全体です。 そのため、私たちは通常、宇宙は私たちが観測できるハッブル宇宙域よりもはるかに大きく、実際に存在する可能性のある縁は、私たちが観測できる距離よりもはるかに遠くにあると仮定しています。 もしかしたら、宇宙は私たちからハッブル宇宙船の距離を超えたところに端があり、その先は海の怪物かもしれません。

ですから、この質問に対する良い答えは決して得られないと思います。宇宙には端がないかもしれないし、端があるとしても、その端は宇宙の全歴史の中で、端からの光がまだ私たちに届くのに十分な時間がないほど遠いところにあります。

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