宇宙論

宇宙論は、宇宙全体の起源、構造、進化、将来を物理法則によって研究する分野である。

膨張する宇宙

遠方銀河の観測などから、宇宙は膨張していることが分かっている。一般相対性理論に基づく宇宙モデルでは、宇宙の膨張率は時間とともに変化し得る。

ビッグバン宇宙論

標準的な宇宙論では、初期宇宙は非常に高温・高密度であり、その後膨張し冷却して現在の宇宙へ進化したと考えられている。宇宙マイクロ波背景放射や軽元素存在量は重要な証拠である。

暗黒物質と暗黒エネルギー

銀河や宇宙の大規模構造の観測から、通常の物質だけでは説明できない重力効果が存在し、暗黒物質が仮定されている。また宇宙膨張の加速は暗黒エネルギーという概念で記述される。

膨張をスケール因子で表す

一様・等方な宇宙のモデルでは、宇宙とともに動く二点の距離はスケール因子a(t)に比例する。膨張率H=ȧ/aは一定とは限らない。近い銀河では後退速度v≈Hdという関係が使えるが、遠方では光が届く間の宇宙の変化を含むため、単純な距離換算だけでは不十分になる。

例：赤方偏移の意味

膨張で光の波長が伸びた場合、1+z=a(観測時)/a(放射時)となる。z=1の天体の光が放たれたとき、スケール因子は現在の半分だったことになる。しかし「現在の距離が光速×到達時間」と単純には言えない。光行距離、固有距離、光度距離など、観測目的によって距離の定義が異なる。

観測事実とモデルの区別

高温の初期宇宙は、宇宙背景放射、軽元素の存在量、膨張など複数の観測をまとめて説明する。ビッグバンは既存の空間の一点で起きた普通の爆発という意味ではない。暗黒物質は重力的な振る舞いから、暗黒エネルギーは加速膨張の説明から導入されるが、その微視的正体は別の問題である。宇宙全体の大きさと観測可能な範囲も区別する。

関連項目