宇
宙
その進化
ニュートンからアインシュタインへ
• ニュートンの力学理論では,空間は単
なる入れ物
• アインシュタインの宇宙は,空間内の
物質やエネルギーによって空間の形が
変わる
• 重力の源となるほど大きな物質やエネ
ルギーの周りでは,空間自体が歪み,
光もその歪みに沿って進む。
光は曲がる⇦日蝕時の観測
• 1916年 「一般相対性理論 」発表 「遠い
星からの光は太陽の重力場によって曲げら
れる」⇨ ニュートン力学 かアインシュタ
インの重力の理論か,という問題
• 1919.5.29.,エディントン(Sir A. S.
Eddington)によって, 西アフリカのギニ
ア湾プリンシペ島で,日蝕の際に,地球か
ら見て太陽の側にある星から出た光は太陽
の重力場によってゆがめられるため, その
見かけの位置が実際の位置からずれた。
定常宇宙のための斥力
• 万有引力のために,星や銀河は接近し
収縮してしまう。
• アインシュタインは永劫不変の宇宙を
維持するために,方程式に宇宙項Λ(斥
力)という新しい項を導入。
ハッブル,E.P.の銀河観測1
• 遠方の銀河ほどスペクトル線の波長が赤
い方,すなわち波長の長い方にずれてい
ることを見出す。
• 赤方変移 光のドップラー効果
ハッブル,E.P.の銀河観測2
• 遠方の銀河ほど後退速度が速い
• パーセクpcは3.26光年=29兆km
観測結果の解釈
• 遠方の銀河ほど,距離に比例した速度
で早く地球から遠ざかる⇨ヨーイドン
説(中心からの観測のみに対応)
一般相対性理論と
宇宙一様膨脹説
間
時
一様なゴムひもに等間隔の印を付けてひっぱる
どの印に観察者がいても膨脹する
宇宙原理
• 宇宙には中心も端もなく,数十憶光年の
スケールでみると,一様・等方的
• ハッブルの観測結果から,宇宙が膨張し
ていることがわかり,フリードマンはア
インシュタインの方程式を解いて,万有
引力があっても宇宙が拡大することを示
した
• つまり,宇宙の始まりの初速度に帰する
ことになる。
進化する宇宙と定常宇宙
• 宇宙は熱い状態から出発し,大きな初
速度で出発⇨ビッグバン
• 膨脹速度はハッブルパラメータ H
72km/s/Mpc
• 宇宙の物質密度が大きいと万有引力は
いずれ膨脹の傾向に勝って収縮に転じ
る。物質密度が小さいと永遠の膨脹を
続ける。境界値を臨界密度という。
臨界密度と宇宙の進化の3解
• ρc = 3H2/(8πG)
ただし,G
はニュートンの万有引力定数 Hはハッ
ブル定数 現在の値は2*10-29 g/cm3
• 臨界密度より大きいと,開いた宇宙,
小さいと,閉じた宇宙,釣り合ってい
る場合は,平坦な宇宙。
3解の図
• 横軸は時間,縦軸は個々の銀河間の距
離の進化
宇宙空間のイメージ
宇宙の誕生
• 宇宙膨張率72km/s/Mpcの逆数は140億
光年⇦宇宙の年齢の目安
• 物質ではない時間も空間もない無(ゆ
らぎ)から始まる
• 宇宙のはじまりは,水素原子(1000万
分の1mm)の1兆分の1(10-34cm)の大
きさの物質。インフレーションで1cm
に(最大の激変),そしてビッグバン
1030℃。
加速膨脹する宇宙
http://www.athome.co.jp/academy/space/spc03.html
続く
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