ビッグバン後の最初の瞬間、宇宙は乱流の混乱であり、量子ゆらぎの高温シチューでした。水中の乱流と同様に、変動はあらゆるレベルで作用しました:原初のカオスを観察することを想像できれば、どんな倍率を使用しても、最小のものから最大のものまで、宇宙は等しく乱雑でした.
宇宙が膨張するにつれて、乱気流は均一になりました。すべてのレベルでの均一性は、宇宙全体のスケールでほぼ均一な密度に変換されました。しかし、より小さなスケールで見ると、たまたま水素ガスの量がわずかに多かった場所では、塊が合体して銀河になりました。
これは宇宙論の標準版によるものですが、疑いの余地なく証明されたわけではありません。別の見解では、乱気流がまったく平滑化されず、ゴツゴツした宇宙に私たちを残した.この不均一な宇宙には、密度が非常に高い領域と非常に低い領域があり、さまざまなサイズがあり、どの角度から見ても滑らかに見えません。
標準バージョンは均質化された牛乳のコスモスと考えてください。一方、不均一な代替品は油と酢のドレッシングと考えてください。違いは、物理学で言うように、スケールの 1 つです。巨視的なスケールでは、牛乳は均一で、無地の色と密度に見えます。しかし、顕微鏡では、それは不均一で、より薄い水状の液体に浮遊する小さな脂肪球で構成されています。対照的に、ビネグレットドレッシングは、巨視的にも微視的にもあらゆるスケールで不均一であり、油と水滴が分離しているのを簡単に見ることができます.
私たちは宇宙に比べてかなり小さいので、宇宙に対する私たちの見方は微視的な見方に似ています。私たちの小さな止まり木から、神の視点が均一性を示すかどうかを判断するのは困難です.この原理をテストするには、観測可能な宇宙のかなりの部分にわたって銀河をマッピングし、それらの位置と動きを比較する必要があります。たとえば、ローカル グループの天の川とその近隣の銀河は、発明的にローカル ボイドとして知られる領域の周辺にあります。これは、宇宙全体の平均よりも物質の密度が大幅に低い領域です。
ローカル ボイドに気付かずに実際にいた場合、宇宙は実際よりも均質であると誤解される可能性があります。これは検証可能な仮説であり、それが真実である場合、重大な結果をもたらします。ほんの一例を挙げると、天文学者が観測した宇宙の加速膨張は、神秘的な「暗黒エネルギー」によって駆動されていると考えられていますが、完全に幻想である可能性があります。宇宙が膨張するにつれて、重力によって物質が凝集し、その塊の間に空隙が急速に成長します。ゴツゴツした宇宙の虚空にいて考えるとしたら 私たちは均質な宇宙にいます。私たちがいるバブルの成長は、ボイドのはるか外側にある銀河までの距離と速度の測定値をゆがめます。物事が不均一である場合、私たちの調整はオフであり、暗黒エネルギーと呼ばれるものをでっち上げるように私たちを騙します.
不均一性のもう 1 つの副作用は、宇宙のさまざまな領域がさまざまな速度で膨張しなければならないことです。これは、物質の大規模な塊のゆがみ効果により、宇宙の記録された年齢が場所によって異なるためです。私たちはビッグバンから 138 億年を計測していますが、もし宇宙が不均一だったとしたら、遠い銀河の観測者は 180 億年、つまり 135 億年を記録するかもしれません。したがって、不均一な宇宙ははるかに複雑ですが、テストせずに科学者にとって不便だからといって、その考えを拒否することはできません.そのための 1 つの方法は、比較的近くにある銀河をマッピングして、私たちがどの程度虚空にいるのかを測定することです。
4,534 の銀河の最近の分析では、最初から均一性を仮定しなければ、観測からの証拠は実際には非常にゴツゴツした宇宙を示していることがわかりました。実際、この研究では、局所的な宇宙の塊状性と、不均一な質量分布が光を変化させる方法が錯覚を生み出していると主張しています。 宇宙の膨張が加速していること。
これは議論の余地のあるアイデアであり、誰もが最も強力な結論に飛びつく準備ができているわけではありません.実際、それは非常に衝撃的です。加速する膨張は現代の宇宙論の標準的な部分になり、この発見は 2011 年に 3 人の研究者にノーベル賞をもたらしました。カリフォルニア大学アーバイン校の宇宙学者 Asantha Cooray は、不均一性の問題をまあ、しかし彼は明らかに慎重です。 「超新星のデータで現在測定されている暗黒エネルギーまたは加速を説明するには、ほとんど空である空隙が必要です。事実上、銀河はありません。[長距離]離れています」と彼は私に言いました。
しかし、2-Micron All-Sky Survey (2MASS) のような銀河の調査では、銀河の密度が私たちの宇宙の近隣の平均よりわずか 25% 少ないことが示されています。ダーク エネルギーが実在しないのに実在すると思い込んでしまうには、私たちが座っている空白は、それほど空ではないという事実を補うために、非常に巨大でなければなりません。別の方法としては、結局のところ、私たちはだまされていないということです。私たちがいる空間は最初からそれほど空っぽではなく、宇宙は実際には滑らかです.
たまたま、宇宙が最大のスケールで均一であると疑う正当な理由がいくつかあります。一つには、等方性のように見えます :基本的にすべての方向で同じです。等方性を示す最良の証拠は、宇宙マイクロ波背景放射です。これは、初期宇宙の温度がすべての方向とすべてのスケールでほぼ同じであったことを示しています。注意深い測定では、温度の変化は 10,000 分の 1 以下であることを示しています。均質性と等方性を併せ持つことは、宇宙における私たちの場所、または他の場所に特に特別なことは何もないことを意味します。この考えは「宇宙原理」と呼ばれます。
均一性は等方性よりも実証するのが難しいですが、等方性宇宙も均一でなければならないという事実に助けられています (ただし、その逆は必ずしも真ではありません)。でも宇宙には十分な見た目があるのかもしれません 私たちの視点からの等方性をだまし、そうでないときに宇宙論の原則を信じるように導きます.
宇宙が見えるために 等方性でない場合、異常な場所を占有する必要があります。小さな島に立つと海が現れる 「均質」（平ら）で等方性ですが、いかだに乗って漕ぎ出し、島を振り返ると、どちらでもないことがわかります。島は、海が均一ではないことを示しています も 等方性:特別な場所であり、他のどの方向よりも標高が高い場所を見ることができる方向です。
私たちの場合、ここ地球から広く等方的な宇宙を見ており、その中で特別な場所を占めていないと合理的に仮定し、宇宙も最大のスケールで均一であると推測します.しかし、原則だけでは十分ではありません。証拠が必要であり、宇宙の塊を測定する必要があります。 Cooray 氏は、均一性仮説を真に検証するには、Wiltshire と同僚が行ったよりもはるかに銀河の運動を調査する必要があると述べています。 」そうして初めて、原始の乱気流が宇宙の若さで溶けたのか、それとも私たちの宇宙に残っている泡に凍りついたのかがわかります.
マシュー・フランシスは、物理学者、サイエンス ライター、講演者、教育者であり、おしゃれな帽子を頻繁にかぶっています。彼は現在、仮題で宇宙論に関する本を書いています 裏道、暗い空:宇宙の旅.
