What most people think they know about the Big Bang is wrong

多くの教科書や科学教育者は、ビッグバンを宇宙の誕生、つまり特定の点で起こった爆発的な始まりとして物質を生成し、それを手榴弾の破片のように虚空に投げ飛ばすものとして説明しようと試みてきました。

しかし、ビッグバンは実際には創造の瞬間ではなく、むしろその余波に近いものです。ビッグバンは特定の場所から発生したわけではありません。空間そしてそれは爆発ではありませんでした - 少なくとも伝統的な意味では。

大衆文化と宇宙学者は、しぶしぶ火薬の爆発音さえも呼び起こす理論の名前を採用するという不幸な間違いを犯しました。それで…彼らは自分自身を取り囲んでいます?

「私たちが現在観察できる宇宙全体は、かつてはゴルフボールほどの体積に圧縮されていたとよく言われます」と、ノーベル賞受賞天体物理学者であり、宇宙物理学の上級プロジェクトサイエンティストであるジョン・マザー氏は書いている。NASAさんのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、 でエッセイのためにザエッジ.org。 「しかし、ゴルフボールは、当時でさえ無限にあった宇宙のほんの一部にすぎないと想像すべきです。」

ビッグバン理論では、次のような出来事が説明されています。既存 当時ははるかに熱く、密度が高く、小さかった宇宙が、突然急速に広がり始めました。原始宇宙は小さな粒子、光、エネルギーの灼熱のグーラッシュでしたが、膨張するにつれて空間は十分に冷却され、重要なプロセスなどのことが起こる原子や元素を形成する。その拡大は今日も続いています。

それでおしまい。拡張前の状況がどのようなものであったかを示すものではありません。宇宙が何に膨張しているのかを想定していません。そもそも何が拡大を引き起こしたのかさえ説明されていない。そして、その出来事を爆発として想像しようとすると、誤った結論につながる可能性があるのには理由があります。

イリノイ州フェルミ研究所の上級科学者ドン・リンカーン氏は、「宇宙が始まったまさにその瞬間に何が起こったのかを私たちが詳細に理解していると主張する高名な科学者はいないだろう。私たちはまったく理解していない」と述べた。ビデオ。 「宇宙がどのように始まったのかについてすべてを知っているわけではないにもかかわらず、私たちはこれほど多くのことを知っているという事実にいつも驚かされます。」

ビッグバンに関係するのは、見える宇宙

ビッグバンとメイザーの以前のコメントを理解するには、この理論が宇宙全体ではなく、目に見える宇宙に当てはまることを明確にすることがまず重要です。目に見える宇宙は、地球からの視点を中心とした宇宙の泡であり、その半径は光の速度によって決まります。バブル全体は約920億光年広い。

泡の大きさは望遠鏡の範囲によって決まるのではなく、文字通りの光の限界によって決まります。最大距離があります光子宇宙の時代に観測者のところへ旅行できたかもしれない。この境界はとして知られています宇宙の光の地平線: それを超えた潜在的な信号は、これまで私たちに届く時間がありませんでした。そして、何十億年先の未来であっても、決して届くことはありません。それは、特定の極端な距離では、遠く離れた物体が光の速度よりも速く遠ざかるからです。

では、このバブルの先には何があるのでしょうか？目に見えないので誰も知りませんが、科学者はさらに宇宙があると推測する可能性があります。結局のところ、科学者たちは、宇宙の膨張に伴い、毎秒何千もの星が地平線の彼方で私たちの視界から逃れつつあることに気づいています。

ビッグバンは正確にどこで起こったのでしょうか?

ビッグバンは、特定の場所で起こるものではなく、ある時点の「点」として考えられるべきです。天文学者は、ビッグバンはあらゆる場所で起こったとよく言いますが、ビッグバンを爆発する爆弾のように考えている人にとっては、混乱を招く考えです。

代わりに、ピンの頭ほどの大きさの風船のように、空間が点の中に凝縮されているという仮説的なシナリオを想像してください。次に、この小さな風船がどういうわけかオレンジくらいの大きさに膨らんだと想像してください。この例えで、なぜビッグバンには「原点」が存在しないのかを理解し始めることができます。ビッグバンが始まった場所には何も残っていませんでした。ピンヘッドポイントは指数関数的に大きくなりました。

これが、多くの天体物理学者が、認識可能な宇宙のあらゆる場所が宇宙の一部であると考えられると主張する理由の 1 つです。ビッグバンの中心。理論によれば、破片が吹き飛ばされた特定の場所はなかった。

ビッグバンは実際には爆発ではなかった

科学的観察は、急速な世界的拡大と爆発という考えを裏付けています。たとえば、物質を外側に飛散させる爆竹のような爆発があった場合、物理法則によれば、爆発した場所から遠く離れた破片は、その開始点に近い破片よりも速く移動することになります。

「それは、爆竹から遠く離れた物体はより速く移動している必要があるからです。そうやって物体は遠くに離れていったのです。」 リンカーン言った。

しかし、それは天文学者が見ていることではありません。宇宙では銀河間の空間が広がっており、全て中心点を基準にした相対的な方向だけではありません。天文学者エドウィン・ハッブル、誰のためのハッブル宇宙望遠鏡後に名前が付けられ、1929 年に発見されました。

ハッブルは、カリフォルニアにある 100 インチのフッカー望遠鏡を使用して、銀河が地球から遠ざかるほどに注目しました。天の川, 地球の故郷の銀河は、より速く後退しているように見えました。彼は、近くにある 24 個の銀河の速度と距離をプロットすることでこれを解明しました。プロットは、すべてが距離に比例した速度であらゆる方向に均一に漂っていることを示しました。

拡大率は「ハッブル定数。ハッブルの観測から2年後、ベルギーの天文学者で司祭は、ジョルジュ・ルメートルは、この前提を使用して、宇宙の始まりを説明するための最初のビッグバンのような理論を発表しました。

天文学者は宇宙が膨張していることをどのようにして知るのか

宇宙自体が膨張しているというハッブルの発見により、科学者たちは次のことを推定できるようになりました。宇宙の年齢。速度の公式は、高校で学んだかもしれませんが、距離を時間で割ったものです。科学者は銀河の速度とその距離をすでに知っているため、距離を速度で割ることで継続時間を割り出すことができます。

科学者たちが時計を現代から巻き戻して、知っている宇宙のすべてがくしゃくしゃになって小さなしぼんだ風船に戻るとき、それは約138億年前。

したがって、宇宙の年齢が 138 億年である場合、目に見える宇宙の泡の半径は 138 億光年、全幅は 276 億光年であると誤って仮定する可能性があります。しかし、宇宙は静止しているわけではなく、物体間の距離も固定されていません。宇宙の膨張は、目に見える宇宙の直径である 276 億光年と 920 億光年の間の不一致を説明します。

科学者はビッグバンを反証しましたか?

科学者たちはビッグバン理論を反証していないが、さまざまな研究チームの測定から膨張率（ハッブル定数）に不一致があることを発見した。この不一致はとして知られていますハッブル張力。

つまり、現在の宇宙の望遠鏡観測に基づく速度測定値は、初期の宇宙の既知の状態に基づく予測よりも若干高いということです。過去数年間、天文学者たちは、何かが膨張速度を加速させているのではないかと考えてきました。を使った研究ウェッブ望遠鏡膨張率には小さいながらも重大な乖離があることがわかりました。おそらく計算ミスの結果ではないしかし、宇宙のまだ理解されていない側面。

科学者たちがこの謎の解明に取り組んでいる中、ビッグバンには微調整が必​​要かもしれないが、今のところこの格差が根本的な問題を覆すことはなく、宇宙はかつてはより小さくて高温だったが、その後突然広がり、そして今も膨張し続けているということである。

初期宇宙の膨張率

研究者らは、いわゆる宇宙からのデータを使用して、赤ちゃん宇宙の膨張率を計算しました。宇宙マイクロ波背景。米国の物理学者アルノ・ペンジアスとロバート・ウィルソンが偶然この現象を発見した1965年に電波望遠鏡を使用して、ビッグバンから38万年後のかすかな残光を撮影した。

同じ頃、別のチームがプリンストン大学は予測していたそのような波が存在するはずだということ。天文学者が考古学者なら、この発見は次の発見に似ているでしょう。最古の光の化石。それは誰もが見たことのある宇宙最古のものです。

この熱の特徴は、現在 460 億光年以上離れた原子から放射され、マイクロ波に伸びて空を満たします。欧州宇宙機関のプランクミッションマイクロ波をマッピングして、温度のわずかな変動を測定しました。これらのわずかな変化により、科学者は当時の膨張率を推測することができます。

「宇宙インフレーション」理論がビッグバンにどのように適合するか

宇宙のインフレーションは、宇宙を膨張タイムラインに乗せたビッグバンの物語における、短いながらも重要な段階の 1 つを説明しようとします。

MIT の理論物理学者であるアラン・ガスは 1980 年にこのアイデアを提唱しました。それは、次のような何らかの反発的な形の重力が存在することを示唆しています。ダークエネルギー、初期の瞬間に宇宙の急速な膨張を引き起こしました。この段階は長く続くだろう1兆分の1秒。その後、インフレを推進するエネルギーは消えました。

「私は通常、インフレをビッグバンの『強打』の理論として説明します」とガス氏は語った。2014年のQ&Aで大学によって。 「本来の形では、ビッグバン理論は決して爆発の理論ではありませんでした。何が衝突したのか、なぜ衝突したのか、衝突する前に何が起こったのかについては何も述べていません。」

インフレーション段階では、この小さな宇宙は光よりも速い速度で膨張したと考えられます。そしてこれを理解してください：それは物理法則を破ることはなかったでしょう。

「光より早く宇宙を移動できるものがないのは事実だが、宇宙の膨張速度には制限がない」とリンカーン氏は語った。

「ビッグバン」の名前の由来

フレッド・ホイル天文学者で英国の著名な科学コミュニケーターである彼は、1949 年に「ビッグバン」を生み出したと主に信じられています。彼は多くの意味で当時のニール・ドグラース・タイソンでした。しかし今日、多くの天体物理学者や宇宙学者は、この誤った呼び方が定着していると嘆いています。

BBCの放送中、ホイル氏は「宇宙のすべての物質は遠い過去の特定の時期に、1回のビッグバンで生成された」という考えに基づいた理論を説明したという。トランスクリプトBBC雑誌に掲載されました。彼は後に、1950 年の著書『宇宙の性質』の中でこの言葉に再び言及しました。

ホイル氏は宇宙の突然の起源という考えにはためらいを感じたが、「ビッグバン」という言葉を軽蔑的に使ったわけではないとしている。最近のエッセイそれについては日記で自然。代わりに、彼はラジオで要点を伝えるために、説明的な比喩を使って仮説を伝えるつもりでした。

彼らは囲まれています、 確かに。