1917 年、A. アインシュタインは宇宙の模型を構築しました。 このモデルでは、ラムダ パラメータと呼ばれる宇宙斥力を使用して、宇宙の重力不安定性を克服しました。 後にアインシュタインは、これは彼が作り上げた相対性理論の精神に反する、彼の最も重大な間違いだったと述べた。つまり、この理論における重力は時空の曲率と同一視されている。 アインシュタインの宇宙は超円筒の形状をしており、その範囲はこの円筒内のエネルギー発現形態（物質、場、放射線、真空）の総数と構成によって決まりました。 このモデルにおける時間は、無限の過去から無限の未来へと向けられています。 したがって、ここでは、宇宙 (物質、場、放射線、真空) のエネルギーと質量の量は、その空間構造に比例関係にあります。その形状は限られていますが、半径は無限で、時間は無限です。

このモデルの分析を始めた研究者は次のことに気づきました。

その極端な不安定性は、端に立っているコインに似ており、その片面は拡大する宇宙に対応し、もう一方の面は閉じた宇宙に対応します。アインシュタインのモデルによると、宇宙のいくつかの物理パラメータを考慮すると、次のことがわかります。他の人を考慮に入れると、永遠に拡大し続けること - 閉じられること。 たとえば、オランダの天文学者 W. デ ジッターは、アインシュタインのモデルでは時間が空間と同じように曲がっていると仮定し、非常に遠い天体では時間が完全に停止する宇宙のモデルを受け取りました。

A.無料d男、fそしてhIRそして ペトログラード大学の数学者が発表V1922 G. 記事« について曲率空間。"でそれは一般相対性理論の研究結果を提示したが、それは宇宙の 3 つのモデル、すなわちユークリッド空間における宇宙のモデルの存在の数学的可能性を排除するものではなかった。 に = 0); (に等しい係数を持つモデル) こ＞ 0) とロバチェフスキー - ボリャイ空間のモデル ( に< 0).

A. フリードマンは計算において、値と

宇宙の半径はエネルギーや物質などの量に比例します。

宇宙全体におけるその現れの形態。 A. フリードマンの数学的結論は、宇宙論的斥力を導入する必要性を否定した。なぜなら、一般相対性理論は、膨張過程が圧縮過程に対応する宇宙モデルが存在する可能性を排除していなかったからである。宇宙を構成するエネルギー物質（物質、場、放射線、真空）の密度と圧力が増加します。 A. フリードマンの結論は、多くの科学者と A. アインシュタイン自身の間で疑問を引き起こしました。 すでに 1908 年に、数学者 G. ミンコフスキーは、特殊相対性理論の幾何学的解釈を与え、曲率係数がゼロである宇宙のモデルを受け取りました ( に = 0)、つまり、ユークリッド空間における宇宙のモデル。

非ユークリッド幾何学の創始者であるN.ロバチェフスキーは、地球から遠く離れた星間の三角形の角度を測定し、三角形の角度の和が180°、つまり宇宙空間がユークリッドであることを発見しました。 観測された宇宙のユークリッド空間は、現代宇宙論の謎の 1 つです。 現在、物質の密度は次のように考えられています。

宇宙では臨界密度の 0.1 ～ 0.2 部です。 臨界密度は約２・１０ －２９ ｇ／ｃｍ ３ である。 臨界密度に達すると、宇宙は収縮し始めます。

A. フリードマンのモデル "に > 0"は元の宇宙から拡大していく宇宙

彼女が再び戻らなければならない彼女の状態。 このモデルでは、宇宙の年齢という概念が登場しました。つまり、ある瞬間に観察されたものと比較した以前の状態の存在です。

宇宙全体の質量が 5 10 2 1 太陽質量に等しいと仮定すると、A.

フリードマンは、観測可能な宇宙が圧縮状態にあると計算した

モデルによると」 K >0」約 100 ～ 120 億年前。 その後、宇宙は膨張を始めますが、この膨張は無限に続くわけではなく、一定の時間が経過すると再び収縮します。 A. フリードマンは、当時ミクロ世界の法則が明確ではなかったため、宇宙の初期の圧縮された状態の物理学について議論することを拒否しました。 A. フリードマンの数学的結論は、A. アインシュタインだけでなく、他の科学者によっても繰り返し確認され、再確認されました。 しばらくして、A. アインシュタインは、A. フリードマンの手紙に応えて、これらの決定の正しさを認め、A. フリードマンを「宇宙の相対論的モデルを構築する道を歩んだ最初の科学者」と呼びました。 残念なことに、A. フリードマンは早くに亡くなりました。 彼の場合、科学は才能ある科学者を失いました。

上で述べたように、A. フリードマンも A. アインシュタインも、アメリカの天文学者 V. スライファー (1875-1969) が 1912 年に取得した銀河の「散乱」の事実に関するデータを知りませんでした。彼は 1925 年までに移動速度を測定しました。数十の銀河からなる。 したがって、A. フリードマンの宇宙論的考え方は主に理論的な観点から議論されました。 N○すでに V 1929

G.アメリカ人天文学者 E.ハッブル (1889-1953) と 助けを借りて望遠鏡 楽器のスペクトル付きあライン分析からウイングTあ電話をかけるe洗ったああ効果

"赤変位。」彼が観察した銀河から来る光

可視光の色スペクトルの赤色部分にシフトします。 これはつまり、

観測された銀河は遠ざかり、観測者から「散乱」していると考えられます。

赤方偏移効果は、ドップラー効果の特殊なケースです。 オーストリアの科学者 K. ドップラー (1803-1853) が 1824 年にそれを発見しました。波源が波を記録する装置から離れると、波長は増加し、静止した波受信機に近づくと短くなります。 光波の場合、光の長い波は光スペクトルの赤いセグメント（赤 - 紫）に対応し、短い光の波は紫のセグメントに対応します。 「赤方偏移」効果は、E. ハッブルによって銀河までの距離と銀河の移動速度を測定するために使用されました。 あ、 例えば、 痛みwe V 二 回、 どうやって から 銀河 で、 それから銀河までの距離 あ銀河以前の2倍 で。

E. ハッブルは、観測されたすべての銀河が、それらまでの距離に比例した速度で天球のあらゆる方向に遠ざかっていることを発見しました。 VR = ああ、 どこ r - 観測された銀河までの距離 (パーセク単位で測定) (1 ps は約 3.1 10 1 6 m に等しい)、 VR - 観測された銀河の移動速度、 Η - ハッブル定数、または銀河の速度とその距離の間の比例係数

観察者から。 天球とは、星空にある物体を肉眼で表現するために使用される概念です。 古代人は天球が現実であり、その内側に星が固定されていると考えました。 後にハッブル定数として知られるようになったこの量の値を計算すると、E. ハッブルはそれが約 500 km/(s Mpc) であるという結論に達しました。 言い換えれば、100 万パーセクの空間は 1 秒間に 500 km 増加します。

式 VR= 時 これにより、銀河の除去とその逆の状況、つまり特定の初期位置への移動、つまり時間の経過とともに銀河が「散乱」し始めることの両方を考慮することができます。 ハッブル定数の逆数は時間の次元を持ちます。 t(時間) = r/VR = 1/H. 値がいつ ん、 上で述べたように、E. ハッブルは銀河の「散乱」が始まるまでの時間を 30 億年に等しいと計算し、計算した値の正しさの相対性を疑うようになりました。 「赤方偏移」効果を使用して、E. ハッブルは当時知られていた最も遠い銀河に到達しました。銀河が遠ざかるほど、私たちが知覚する明るさは低くなります。 これにより、E. ハッブルは公式を次のように言うことができました。 VR = 人事部 A. フリードマンのモデルで議論された、宇宙の膨張に関する観察された事実を表します。 E. ハッブルの天文学的研究は、多くの科学者によって、A. フリードマンの非定常膨張宇宙モデルの正しさの実験的確認として考えられ始めました。

すでに 1930 年代には、一部の科学者はこのデータについて疑問を表明していました。

E.ハッブル。 たとえば、P. ディラックは、光量子の量子の性質と宇宙空間の電磁場との相互作用による光量子の自然な赤みに関する仮説を提唱しました。 ハッブル定数の理論的矛盾を指摘する人もいます。ハッブル定数の値は、なぜ宇宙の進化のあらゆる瞬間において同じでなければならないのでしょうか? ハッブル定数のこの安定した不変性は、大銀河で作用する私たちに知られている宇宙の法則が、宇宙全体にとって必須であることを示唆しています。 おそらく、ハッブル定数の批判者が言うように、ハッブル定数が従わない法則が他にもいくつかあるのでしょう。

たとえば、星間（ISM）媒質や銀河間（IGM）媒質の影響により、光は「赤くなる」可能性があり、観測者にとっての光の移動の波長が長くなる可能性があると彼らは言います。 E. ハッブルの研究に関連して議論を引き起こしたもう 1 つの問題は、銀河が光速を超える速度で移動する可能性を仮定するという問題でした。 これが可能であれば、一般相対性理論によれば、光より速く信号を送信することはできないため、これらの銀河は私たちの観測から消える可能性があります。 それにもかかわらず、ほとんどの科学者は、E. ハッブルの観測によって宇宙の膨張の事実が確立されたと信じています。

銀河の構造的確実性は内部重力の作用によって確保されているため、銀河の膨張という事実は銀河自体の内部での膨張を意味するものではありません。

E. ハッブルの観察は、A. フリードマンのモデルのさらなる議論に貢献しました。 ベルギーのモンクそして天文学者そして。ルメートルETR(Vねr遠吠えする半分過ぎ）世紀支払われた注意してくださいあションの上sle吹いている状況：銀河系不況手段拡大空間、したがって、V過去

だった減少音量そしてn私関係Ve社会。ルメートルは、この物質の初期密度を密度 10 9 3 g/cm 3 の原原子と呼び、そこから神は世界を創造しました。 このモデルから、物質の密度の概念を使用して、空間と時間の概念の適用可能性の限界を決定できることがわかります。 密度が 10 9 3 g/cm 3 になると、時間と空間の概念は通常の物理的な意味を失います。 このモデルは、超高密度で超高温の物理パラメータによる物理状態に注目を集めました。 さらにモデルも提案されている 脈動する宇宙：宇宙は膨張と収縮を繰り返しますが、極端な限界に達することはありません。 脈動宇宙モデルでは、宇宙のエネルギー物質密度の測定に重点が置かれています。 臨界密度限界に達すると、宇宙は膨張または収縮します。 その結果、この用語が登場しました 「シングルル私ルノエ」(緯度。 特異点 - 密度と温度が無限の値をとる、個別の単一の状態。 この一連の研究は、宇宙の「隠れた質量」の問題に直面しました。 実際のところ、観測された宇宙の質量は、理論モデルに基づいて計算された宇宙の質量と一致しません。

モデル"大きい爆発。"私たちの同胞 G. ガモフ (1904-1968)

ペトログラード大学で働き、宇宙論の考え方に精通していた

A・フリードマン。 1934年に彼は米国に出張し、そこで生涯を終えるまで滞在しました。 A. フリードマンの宇宙論的考え方の影響を受けて、G. ガモフは 2 つの問題に興味を持つようになりました。

1) 宇宙における化学元素の相対的な存在量、および 2) それらの起源。 20世紀前半の終わりまでに。 これらの問題について活発な議論が行われました。水素 (1 1 H) とヘリウム (4 H) が宇宙で最も豊富な化学元素である場合、重化学元素はどこで生成されるのかという問題です。 G. ガモフは、化学元素の歴史は宇宙の膨張の始まりにまで遡ると示唆しました。

モデルG.ガモバnあ呼ばれたモデル"大きい爆発"、n○彼女もっている

そして他の名前：「A-B-D理論」。 このタイトルは、1948年に出版され、「熱い宇宙」のモデルが含まれていた記事の著者（アルフェル、ベーテ、ガモフ）の頭文字を示していますが、この記事の主なアイデアはG.ガモフに属していました。 。

このモデルの本質について簡単に説明します。

1. フリードマンのモデルによると、宇宙の「最初の始まり」は、超高密度かつ超高温の状態で表されました。

2. この状態は、宇宙の物質とエネルギー成分全体が以前に圧縮された結果として生じました。

3. この条件は非常に小さい体積に相当します。

4. この状態でエネルギー物質が密度と温度の一定の限界に達すると爆発し、ビッグバンが起こり、これをガモフはこう呼んだ

「宇宙ビッグバン」。

5. 私たちは異常な爆発について話しています。

6. ビッグバンは、ビッグバン前の元の物理状態のすべての断片に一定の速度の移動を与えました。

7. 初期状態は超高温であったため、膨張によって、膨張する宇宙の全方向にこの温度の残骸が保存されるはずです。

8. この残留温度の値は、宇宙のすべての点でほぼ同じになるはずです。

この現象は遺物（古代）、背景放射と呼ばれていました。

1953 G. Gamow が宇宙マイクロ波背景放射の波動温度を計算しました。 彼は持っています

CMB 放射線はマイクロ波電磁放射線です。

1964 年、アメリカの専門家 A. ペンジアスと R. ウィルソンが偶然、遺物の放射線を発見しました。 新しい電波望遠鏡のアンテナを設置しても、7.8 cm の範囲の干渉を取り除くことができませんでした。この干渉とノイズは、大きさもすべての方向も同じでした。 この背景放射線の測定により、温度は 10 K 未満であることがわかりました。

このようにして、遺物のバックグラウンド放射線に関する G. ガモフの仮説が確認されました。 G. ガモフは背景放射線の温度に関する著作の中で、時間の経過に伴う放射線密度の変化の依存性を表す A. フリードマンの公式を使用しました。 放物線状に ( こ＞ 0) 宇宙のモデル。 フリードマンは、無限に膨張する宇宙の物質を放射線が支配している状態を考えた。

ガモフのモデルによると、宇宙の発展には 2 つの時代がありました。a) 物質に対する放射線 (物理場) の優位性。

b) 放射線に対する物質の優位性。 初期は放射線が物質よりも優勢でしたが、その後、両者の比率が等しくなる時期があり、物質が放射線よりも優勢になり始める時期がありました。 ガモフはこれらの時代の境界を7,800万年と定めた。

20世紀の終わり。 バックグラウンド放射線の微視的な変化を測定する、と呼ばれる あばたのあるbゆ、多くの研究者が、これらの波紋は密度の変化を表していると主張するようになりました。 物質そしてエネルギーGⅡV重力の作用の結果として 開発の初期段階宇宙。

モデル "でf私ヤッシー○うざい宇宙".

「インフレ」という用語（緯度。 "インフレーション"）腫れと解釈されます。 2 人の研究者 A. Guth と P. Seinhardt がこのモデルを提案しました。 このモデルでは、宇宙の進化は量子真空の巨大な膨張を伴います。つまり、10 -30 秒で宇宙のサイズは 10 50 倍に増加します。 インフレは断熱プロセスです。 これは、冷却と、弱い相互作用、電磁相互作用と強い相互作用の間の違いの出現に関連しています。 宇宙のインフレーションの類似点は、大まかに言えば、過冷却液体の突然の結晶化によって表すことができます。 当初、インフレーション段階はビッグバン後の宇宙の「再生」と考えられていました。 現在、インフレモデルでは次の概念が使用されています。 そしてnfラトン○番目フィールド。 これは（「インフレーション」という言葉に由来する）仮説的な場であり、ランダムな変動のおかげで、サイズが 10 -33 cm を超えるこの場の均一な構成が形成され、そこから膨張と加熱が生じました。私たちが住んでいる宇宙。

「インフレーション宇宙」モデルに基づく宇宙の出来事の記述は、膨張から10-30から始まるビッグバンモデルに基づく記述と完全に一致します。 インフレーション段階は、観測可能な宇宙が宇宙の一部にすぎないことを意味します。 T. Ya. Dubnischeva の教科書「現代自然科学の概念」では、「インフレーション宇宙」のモデルに従って次のような出来事が提案されています。

1) t - 10 - 4 5 秒。 この時点では、宇宙の膨張が始まった後、その半径は約 10 ～ 50 cm でした。この現象は現代物理学の観点からは異常です。 インフラトン場の量子効果によって生成されたイベントが先行すると想定されています。 この時間は、「プランク時代」の時間である 10 - 4 3 秒よりも短いです。 しかし、このモデルの支持者は、10 ～ 50 秒の時間で計算を実行するため、これで混乱することはありません。

2) t - およそ 10 -43 秒から 10 -35 秒まで - 「大統一」、または物理的相互作用のすべての力の統一の時代。

3) t - およそ 10 -3 5 から 10 -5 - インフレ段階の早い部分、

宇宙の直径が10 5 0 倍になったとき。 私たちは電子クォーク媒体の出現と形成について話しています。

4) t- 約 10 -5 から 10 5 秒の間、​​最初にハドロン内でのクォークの保持が発生し、次に将来の原子の核の形成が発生し、その後、そこから物質が形成されます。

このモデルから、宇宙の膨張の開始から 1 秒後に、物質の出現、電磁相互作用の光子からの分離、および原始超銀河団と原始銀河の形成のプロセスが発生することがわかります。 加熱は、相互作用する粒子と反粒子の出現の結果として発生します。 このプロセスは消滅と呼ばれます（緯度）。 虚無 - 無、または無への変換)。 このモデルの著者らは、消滅は私たちの宇宙を構成する通常の粒子の形成に対して非対称であると信じています。 したがって、「インフレ宇宙」モデルの主な考え方は、次の概念を排除することです。

宇宙の進化における特別、異常、例外的な状態としての「ビッグバン」。 ただし、同様に珍しい状態がこのモデルにも現れています。 これが状態です 共nfイギュレーションとnfラトンフィールド。これらのモデルにおける宇宙の年齢は 100 ～ 150 億年と推定されています。

「インフレーション モデル」と「ビッグバン」モデルは、観測された宇宙の不均一性 (物質の凝縮密度) を説明します。 特に、宇宙のインフレーション中に、宇宙の不均質性、つまりテクスチャが物質の集合体の胚として発生し、後に銀河とそのクラスターに成長したと考えられています。 これは1992年に記録されたものによって証明されています。 宇宙マイクロ波背景放射の平均値 2.7 K からの偏差は約 0.00003 K です。どちらのモデルも、宇宙マイクロ波背景放射に関して平均して均質かつ等方性の高温膨張宇宙について語っています。 後者の場合は、宇宙マイクロ波背景放射が、観測可能な宇宙のすべての部分で、観測者からのあらゆる方向でほぼ同一であるという事実を意味します。

ビッグバン モデルやインフレ モデルに代わる選択肢もあります。

「宇宙」：「静止宇宙」、「冷たい宇宙」、

「自己矛盾のない宇宙論」。

モデル「ステーショナリー宇宙。"このモデルは 1948 年に開発されました。このモデルは、宇宙の「宇宙論的恒常性」の原則に基づいていました。つまり、宇宙には単一の場所が割り当てられるべきではないだけでなく、時間の単一の瞬間も割り当てられるべきではありません。 このモデルの著者は G. ボンディ、T. ゴールド、F. ホイルで、後者は宇宙論に関する有名な書籍の著者として知られています。 彼の著作の一つで、彼は次のように書いています。

「すべての雲、銀河、すべての星、すべての原子には始まりがありましたが、宇宙全体ではありません。この結論は予想外に思えるかもしれませんが、宇宙は単なる部分以上のものです。」 このモデルは、エネルギー物質の密度を「宇宙の圧縮を防ぐ一定のレベル」に維持するエネルギーの貯蔵庫である内部源が宇宙に存在すると仮定しています。 たとえば、F. ホイルは、1 つの原子が 1,000 万年ごとに宇宙のバケツ 1 つに出現する場合、宇宙全体のエネルギー、物質、放射線の密度は一定になると主張しました。 このモデルは、化学元素や物質などの原子がどのように生じたかを説明しません。

d. 遺存放射線、背景放射線の発見により、このモデルの理論的基礎が大きく損なわれました。

モデル« 寒い宇宙番目». このモデルは 60 年代に提案されました

前世紀のソビエトの天体物理学者Ya. 比較

モデルによる放射線密度と温度の理論値

電波天文学データによる「ビッグバン」により、Ya. ゼルドビッチは、宇宙の初期の物理状態はニュートリノが混合した冷たい陽子と電子のガスであるという仮説を提唱することができました。陽子ごとに電子が 1 つと電子が 1 つ存在しますニュートリノ。 宇宙マイクロ波背景放射の発見により、宇宙の進化における初期の高温状態の仮説が裏付けられ、ゼルドビッチは彼自身の「冷たい宇宙」モデルを放棄することになった。 しかし、宇宙におけるさまざまな種類の粒子の数と化学元素の存在量との関係を計算するというアイデアは有益であることが判明しました。 特に、宇宙のエネルギー物質密度は宇宙マイクロ波背景放射の密度と一致することが判明した。

モデル"宇宙V原子。"このモデルは、実際には宇宙が 1 つではなく、多数存在すると述べています。 「原子の中の宇宙」モデルは、A. フリードマンによる閉じた世界の概念に基づいています。 閉じた世界とは、その構成要素間の引力がその総質量のエネルギーに等しい宇宙の領域です。 この場合、そのような宇宙の外形寸法は極微なものになる可能性があります。 外部の観察者の観点からは、それは微小な物体ですが、この宇宙内の観察者の観点からは、銀河や星など、すべてが異なって見えます。これらの物体はと呼ばれます。 fリードモノフ。学者A.A.マルコフは、フリードモンの数は無制限であり、それらは完全に開いている可能性がある、つまり、フリードモンには自分の世界への入り口と他の世界との出口（接続）がある可能性があると仮説を立てました。 多くの宇宙が存在することが判明しました。あるいは、ソ連科学アカデミーの特派員である I. S. シュクロフスキーが著書の 1 つで宇宙を次のように呼んでいました。 メタバース。

宇宙の多様性という考えは、宇宙のインフレーションモデルの著者の一人であるA. ガスによって表現されました。 膨張する宇宙では、母宇宙から「動脈瘤」（血管壁の突出を意味する医学用語）が形成される可能性があります。 著者によれば、宇宙の創造は十分に可能だそうです。 これを行うには、10 kgの物質を圧縮する必要があります

素粒子の1京分の1より小さいサイズまで。

セルフテストの質問

1.「ビッグバン」モデル。

2. E. ハッブルによる天文学研究と開発におけるその役割

現代の宇宙論。

3. 遺物、バックグラウンド放射線。

4. 「インフレ宇宙」のモデル化。

宇宙の模型。 静止した宇宙。 目次 宇宙のモデル 1 静止宇宙 2 結果 3 素粒子の場の理論 4 光子ニュートリノ相互作用 5 赤方偏移 6 結論 7 宇宙のモデル 20 世紀には、2 つの宇宙論が競合しました - 膨張宇宙の理論 (初期宇宙論)宇宙が誕生した状態は非常に高温で高密度であったため、素粒子と放射線だけが存在でき、その後宇宙は膨張して冷却され、星や銀河が形成されました）と静止宇宙の理論（宇宙は常に存在しており、観察された希薄化）物質の量は継続的な創造によって補われます)。 静止宇宙 アインシュタインは、一般相対性理論の普遍方程式を使用し、時空の曲率を宇宙の物質と関連付けました。 彼は「宇宙の反発」を恣意的に導入しました。これは非常に小さいものでしたが、宇宙がある程度まで収縮するのを防ぎました。 宇宙静止説は宇宙の膨張を否定するものではありません。 物質を継続的に創造するというアイデアが繰り返し生まれました。 そこで、1948 年にケンブリッジ大学の科学者グループ (G. ボンド、T. ゴールド、F. ホイル) は、宇宙が静止しているという仮説を思いつきました。 新しい物質の生成が宇宙の拡大につながる可能性は非常に高く、その逆はありません。 静止宇宙の一般的な年齢は無意味な概念です。 宇宙の密度を一定に保つためには、新しい粒子が常に生成されなければなりません。 物質とエネルギーの保存則は最終体積にのみ適用され、1 m で生成される 3 個の水素原子ごとに、この体積を離れる同じ原子によってバランスが保たれるため、保存則に違反することはありません。 保存則は限られた空間でのみ検証可能であるが、この意見の支持者であるスウェーデンの天体物理学者であり、1970 年のノーベル賞受賞者である H. アルフェンは、星間空間はプラズマからなる長い「フィラメント」やその他の構造で満たされていると考えている。 プラズマにそのような形状を強制的に形成させる力は、銀河、星、恒星系の形成も強制します。 彼は、宇宙は粒子と反粒子の消滅中に放出されるエネルギーの影響下で膨張していると信じていますが、この膨張はもう少しゆっくりと起こります。 結果 研究の結果: 1) クエーサーの放射力は小さく、現代の宇宙論で一般に信じられているように、銀河全体の放射力よりも数桁高いわけではありません。 2）クエーサーでは物質が光に至るまでの速度で散乱し、宇宙の大きさを過大評価した結果として超光速値が得られます。 彼は、量子の老化（赤み）の理由を、放射線の周波数の重力シフトにあると考えています。この重力シフトは、光源までの距離ではなく、距離の二乗に比例します。 この場合、宇宙の目に見える部分の大きさは 150 億光年ではなく、5. 宇宙の熱い起源と宇宙論的赤方偏移の高速性の「最終証明」に関する声明は物議を醸しています。 このように、静止宇宙という考えは予想外の支持を得たため、現在では無視することはできません。 光子ニュートリノ相互作用 素粒子の場の理論によれば、電子ニュートリノは (他の素粒子と同様に) 一定の電場と磁場、および交流電磁場を持っています。 古典的な電気力学によれば、これらの電磁場は、光子の電磁場を含む他の電磁場と相互作用します。 したがって、電子ニュートリノ (星によって大量に放出される) またはその分子化合物 (νe2) を光子が通過することは、たとえそれが光子のエネルギーの非常に弱い変化または減少であっても、後者によって気付かれないことはありません。 、しかし、それは起こります。 そして、光子がその経路上で電子ニュートリノやその分子化合物に遭遇すればするほど、より多くのエネルギーが失われ、それに応じて赤方偏移も強くなります。 光子が同じコース上を電子ニュートリノと平行して（光速とほぼ同じ速度で移動する）飛行し、両方とも太陽から放出された場合と、光子が静止している電子ニュートリノと衝突する場合は全く別のことです。 2 つの電子ニュートリノ (νe2) の束縛状態、または別の星 (異なる方向に移動する) によって放出された電子ニュートリノを使用します。 電子ニュートリノとの相互作用によって光子が失うエネルギーは、電子ニュートリノのスピンの向き、光子が電子ニュートリノを通過する軌道、および光子自体のエネルギーに依存します。 これを計算するのは簡単ではありませんが、宇宙船とレーザーを使用して測定できます。 そして、すでに誤りであることが証明されている標準モデルを放棄すると、自動的に「ビッグバン理論」は自然法則に反する単純な仮説のレベルにまで貶められてしまいます。 赤方偏移 何世紀にもわたって、さまざまな宇宙論モデルが入れ替わってきましたが、宇宙が時間と空間において無限であることは絶対に揺るぎないと考えられていました。 頭上の星空は永遠と不変の象徴でした。 しかし 1929 年、エドウィン ハッブルは銀河のスペクトルの観察に基づいて、宇宙が膨張しているという法則を定式化しました。 赤方偏移は、宇宙が膨張し始めた瞬間から銀河内で光が放射される瞬間までに経過する時間の尺度でもあります。 したがって、現代の天文学データによれば、最初の銀河は赤方偏移 5 に相当する瞬間、つまり現在の宇宙年齢の約 1/15 後に形成されました。 これは、これらの銀河からの光が私たちに届くまでに約 85 億年かかったということになります。 赤方偏移を測定するために微弱な（遠い）光源のスペクトルを撮影するには、たとえ最大の機器や高感度の写真乾板を使用したとしても、良好な観察条件と長時間露光が必要です。 銀河の場合、変位 Z = 0.2 が確実に測定され、これは速度 V = 60,000 km/秒、距離が 10 億個以上に相当します。 このような速度と距離では、ハッブルの法則が最も単純な形で適用されます (誤差は約 10%、つまり H を決定する際の誤差と同じです)。 クエーサーは平均して銀河よりも 100 倍明るいため、(空間がユークリッドの場合) 10 倍の距離からでも観察できます。 クエーサーの場合、実際には Z = 2 以降が記録されます。 変位 Z = 2、速度 V = 240000 km/秒の場合。 このような速度では、時空の定常性や湾曲ではなく、特定の宇宙論的効果がすでに発生していると考えられています。 特に、単一の明確な距離の概念は適用できなくなります (距離の 1 つである赤方偏移距離は、明らかに R = V/H = 45 億 ps)。 したがって、赤方偏移は宇宙の観測可能な部分全体の拡大を示していると考えられています。 この現象は通常、（天文学的）宇宙の膨張と呼ばれます。 最も遠いものは120億光年の距離にあります。 彼らはそれらを「星雲」と呼びました。 ラテン語で「雲」や「星雲」を意味する言葉です。 そしてその後、その概念が発展するにつれて、これらの天体は銀河と呼ばれるようになりました。 しかし、アインシュタインは、空間には異なる幾何学形状、つまり 4 次元の曲がった閉じた時空が存在する可能性があると示唆しました。 この手順には多くの理論的解釈が含まれており、多くの疑わしい箇所があり、予期せぬ箇所で改訂の対象となっていることが多いことに注意してください。 物語が進むと登場します。」 しかし、観測された赤方偏移を引き起こすためには重力場が信じられないほど強い必要があるため、天文学者はこの説明が星や銀河について受け入れられるとは考えていません。 クエーサーの赤方偏移は秒速 21,000 キロメートルで、これは 12 億 4 千万光年離れていることを意味します。 しかし、Arp は、これらのオブジェクトは間違いなく接続されていると示唆しており、これはこの場合、標準的な赤方偏移の解釈が間違っていることを示しています。 (ちなみに、天文学者は赤方偏移を秒速キロメートルで表現していることに気づく人もいるでしょう。これは、赤方偏移はドップラー効果によって説明されるという考えへの彼らのコミットメントを示しています。) 批評家は、アープの写真に示されている接続橋は見つからなかったと述べました。銀河NGC 4319の写真に絵が描かれている。この橋は「偽の写真効果」であると報告する人もいる。 しかしその後、アラバマ大学のジャック・M・サレンティック氏は2つの物体について広範な測光研究を行い、リンクブリッジは本物であると結論付けた。 M87 銀河 (これも楕円型) の周囲にある楕円銀河を見ると、それらはすべて噴出する物質の流れの方向に落ちていることがわかります。 天文学者は、アープと同様に、これらの銀河が M87 から噴出したものであると示唆しています。 次にどのような理論が現れるかは、時間が経てばわかります。 宇宙は思っているほど空ではありません。 そこにはエネルギーの変換と伝達のプロセスがあり（同じニュートリノ - エネルギーの目に見えないキャリアによるものを含む）、物理学はこれらすべてを理解し、記述し、説明する必要があり、あらゆる種類のもっともらしい数学のおとぎ話をでっち上げるべきではありません。 現在、物理学では、宇宙の実際の年齢が何歳なのか、またそれを何らかの方法で測定できるのかどうかを明確に言うことはできません。 しかし今では、137億年前には宇宙が存在し、その中に星が存在する銀河が存在し、その星には惑星があり、惑星のいくつかには生命があり、いくつかには知的生命体が存在し、そして当時、思考する存在たちはまた、本当のものは何なのか疑問に思っていたことが完全に明らかになっています。年齢はでした。

宇宙のマルチリーフモデルの仮説

サイト作成者による序文:サイト「知識は力です」の読者の注意のために、アンドレイ・ドミトリエヴィッチ・サハロフの本「回想録」の第29章からの断片を提供します。 学者サハロフは、人権活動に積極的に取り組み始めた後、特にゴーリキー亡命中に行った宇宙論の分野での研究について語ります。 この資料は、私たちのサイトのこの章で説明されている「宇宙」というトピックに関して間違いなく興味深いものです。 私たちは、宇宙のマルチリーフモデルの仮説や、宇宙論と物理学の他の問題について学びます。 ...そしてもちろん、私たちの最近の悲劇的な過去を思い出しましょう。

学者アンドレイ・ドミトリエヴィチ・サハロフ（1921-1989）。

70年代のモスクワとゴーリキーで、私は物理学と宇宙論を研究する試みを続けました。 この数年間、私は大幅に新しいアイデアを提案することができず、60 年代の私の作品ですでに提示されていた (そしてこの本の最初の部分で説明されている) 方向性を発展させ続けました。 おそらく、一定の年齢制限に達すると、ほとんどの科学者がこれに陥ることが多いでしょう。 しかし、私は、もしかしたら何か別のことが私にとって「輝く」かもしれないという希望を失うことはありません。 同時に、あなた自身は参加しないが、何が何であるかを知っている科学的プロセスを観察するだけで、深い内なる喜びがもたらされると言わなければなりません。 そういう意味では、私は「欲張らない」のです。

1974 年に私はそれを実行し、1975 年に、重力場のゼロ ラグランジアンのアイデアと、以前の研究で使用した計算方法を開発した論文を発表しました。 同時に、私は何年も前にウラジミール・アレクサンドロヴィッチ・フォクによって提案され、その後ジュリアン・シュウィンガーによって提案された方法にたどり着いたことがわかりました。 しかし、私の結論と構築の道筋そのもの、手法は全く異なっていました。 残念ながら、私は自分の作品をフォクに送ることができませんでした。彼はちょうどその時に亡くなりました。

その後、私の記事にいくつかの間違いがあることに気づきました。 私が検討した選択肢のいずれにおいても、「誘導重力」 (「ゼロ ラグランジアン」という用語の代わりに使用されている現代の用語) が重力定数の正しい符号を与えるかどうかという問題は不明のままでした。<...>

3 つの作品 (1 つは退学前に出版され、2 つは退学後に出版されました) は宇宙論的な問題に特化しています。 最初の論文では、バリオンの非対称性のメカニズムについて説明します。 おそらく、宇宙のバリオンの非対称性をもたらす反応速度論に関する一般的な考察が興味深いでしょう。 しかし、特にこの研究では、「結合された」保存則（クォークとレプトンの数の合計は保存される）の存在についての私の古い仮定の枠組み内で推論します。 私は回想録の最初の部分で、私がどのようにしてこの考えに至ったのか、そしてなぜ今それが間違っていると考えるのかについてすでに書きました。 全体として、この部分の作業は失敗に終わったように私には思えます。 私は仕事の中で書く仕事のほうがずっと好きです 宇宙の複数の葉のモデル 。 これは次のような仮定です 宇宙の宇宙論的膨張は圧縮に置き換えられ、その後、圧縮と膨張のサイクルが無限に繰り返される形で新たな膨張が起こる。 このような宇宙論モデルは長い間注目を集めてきました。 さまざまな著者がそれらを呼びました 「脈動する」または 「振動している」宇宙の模型。 私はこの用語の方が好きです 「マルチリーフモデル」 。 それはより表現力豊かで、存在のサイクルが繰り返されるという壮大な絵の感情的および哲学的意味により一致しているように思えます。

しかし、保存が想定されている限り、多葉モデルは基本的な自然法則の 1 つである熱力学の第 2 法則に従う、克服できない困難に直面しました。

後退。 熱力学では、と呼ばれる物体の状態の特定の特性が導入されます。 私の父はかつて、「世界の女王とその影」という古くて有名な科学本のことを思い出しました。 （残念ながら、この本の著者が誰なのか忘れてしまいました。） 女王はもちろんエネルギーであり、影はエントロピーです。 保存則が存在するエネルギーとは異なり、エントロピーについては、熱力学の第 2 法則によって増加の法則 (より正確には非減少の法則) が確立されます。 物体の総エントロピーが変化しないプロセスは、可逆的と呼ばれます (考慮されます)。 可逆プロセスの例は、摩擦のない機械的な動きです。 可逆プロセスは抽象化されたものであり、物体の総エントロピーの増加（摩擦、熱伝達中など）を伴う不可逆プロセスの限定的なケースです。 数学的には、エントロピーは、その増加が熱流入を絶対温度で割った値に等しい量として定義されます（さらに、絶対零度のエントロピーと真空のエントロピーは等しいと一般原則から仮定されています）ゼロにします）。

わかりやすくするために数値例を示します。 200 度の温度を持つある物体は、熱交換中に 100 度の温度を持つ 2 番目の物体に 400 カロリーを移動します。 最初の物体のエントロピーは 400/200 に減少しました。つまり、 2 単位増加し、2 番目の物体のエントロピーは 4 単位増加しました。 第 2 法則の要件に従って、総エントロピーは 2 単位増加しました。 この結果は、熱が高温の物体から低温の物体に伝達されるという事実の結果であることに注意してください。

非平衡プロセス中の総エントロピーの増加は、最終的に物質の加熱につながります。 宇宙論、マルチリーフモデルに目を向けましょう。 バリオンの数が固定されていると仮定すると、バリオンあたりのエントロピーは無限に増加します。 物質は各サイクルで無限に加熱されます。 宇宙の状況は繰り返されません。

この問題は、バリオン電荷が保存されるという仮定を放棄し、1966 年の私の考えとその後の他の多くの著者による発展に従って、バリオン電荷が「エントロピー」（つまり、中性の高温物質）から生じると考えれば解消されます。宇宙の宇宙論的膨張の初期段階。 この場合、形成されるバリオンの数は、各膨張-圧縮サイクルにおけるエントロピーに比例します。 物質の進化と構造形態の形成の条件は、各サイクルでほぼ同じになる可能性があります。

私は 1969 年の論文で初めて「マルチリーフ モデル」という用語を作りました。 最近の記事では、同じ用語を少し異なる意味で使用しています。 誤解を避けるためにここで言及します。

過去 3 回の記事のうちの最初の記事 (1979 年) では、空間が平均して平坦であると仮定されるモデルを検討しました。 また、アインシュタインの宇宙定数はゼロではなく、負であると仮定されます（ただし、絶対値は非常に小さい）。 この場合、アインシュタインの重力理論の方程式が示すように、宇宙論的な膨張は必然的に圧縮に取って代わられます。 さらに、各サイクルは、平均特性に関して前のサイクルを完全に繰り返します。 モデルが空間的に平坦であることが重要です。 平面幾何学 (ユークリッド幾何学) に加えて、次の 2 つの著作では、ロバチェフスキー幾何学と超球面 (2 次元の球の 3 次元の類似物) の幾何学についても考察します。 ただし、このような場合には、別の問題が発生します。 エントロピーの増加は、各サイクルの対応する瞬間における宇宙の半径の増加につながります。 過去に推定すると、特定の各サイクルの前には有限数のサイクルしか存在しなかった可能性があることがわかります。

「標準的な」（1 枚の）宇宙論には問題があります。それは、最大密度の瞬間の前には何が存在していたのかということです。 マルチシート宇宙論 (空間的に平坦なモデルの場合を除く) では、この問題を回避することはできません。問題は、最初のサイクルの膨張が始まる瞬間に移ります。 最初のサイクルの拡大の始まり、または標準モデルの場合、唯一のサイクルは世界創造の瞬間であり、したがって、その前に何が起こったのかという問題は、その先にあるという見方もできます。科学研究の範囲。 しかし、おそらく、物質世界と時空の無制限の科学的研究を可能にするアプローチは、おそらくそれと同じくらい、あるいはそれ以上に正当化され、有益であると考えます。 同時に、明らかに、創造行為の余地はありませんが、存在の神聖な意味に関する基本的な宗教的概念は科学の影響を受けず、科学の境界を超えています。

私は、議論されている問題に関連して 2 つの代替仮説を知っています。 そのうちの 1 つは、1966 年に私によって初めて表現され、その後の研究で多くの説明が加えられたように思えます。 これが「時間の矢の回転」仮説です。 それはいわゆる可逆性問題と密接に関係しています。

すでに書いたように、完全に可逆的なプロセスは自然界には存在しません。 摩擦、熱伝達、発光、化学反応、生命プロセスは不可逆性、つまり過去と未来の顕著な違いによって特徴付けられます。 不可逆的なプロセスを撮影し、それを逆方向に再生すると、現実では起こりえないことが画面に表示されます（たとえば、慣性で回転するフライホイールの回転速度が上がり、ベアリングが冷えるなど）。 定量的には、不可逆性はエントロピーの単調増加として表現されます。 同時に、すべての体の一部である原子、電子、原子核など。 力学法則 (量子、ただしここでは重要ではありません) に従って動き、時間的には完全に可逆的です (量子場の理論では、同時 CP 反射を使用します。最初の部分を参照)。 運動方程式の対称性と時間の 2 方向の非対称性 (いわゆる「時間の矢」の存在) は、長い間、統計力学の創始者の注目を集めてきました。 この問題に関する議論は前世紀の最後の数十年間に始まり、時には非常に白熱したものになりました。 多かれ少なかれ誰もが満足した解決策は、非対称性は「無限に遠い過去」におけるすべての原子と場の運動の初期条件と位置によるものであるという仮説でした。 これらの初期条件は、明確に定義された意味で「ランダム」である必要があります。

私が (1966 年に、より明確に 1980 年に) 示唆したように、指定された時点を持つ宇宙論では、これらのランダムな初期条件は無限に遠い過去 (t -> - ∞) ではなく、この選択された時点に起因すると考えられます。 (t = 0)。

そして、自動的にこの時点でエントロピーは最小値となり、時間的にそこから前後に進むとエントロピーは増加します。 これを私は「時間の矢の曲がり角」と呼んだ。 時間の矢が回転すると、情報プロセス（生命プロセスも含む）を含むすべてのプロセスが逆転するため、パラドックスは生じません。 時間の矢の逆転に関する上記の考えは、私の知る限り、科学の世界では認められていません。 しかし、私にはそれらは興味深いようです。

時間の矢の回転は、世界の宇宙像における運動方程式に固有の時間の 2 方向の対称性を回復します。

1966年から1967年にかけて 時間の矢の転換点でCPT反射が起こるのではないかと考えました。 この仮定は、バリオンの非対称性に関する私の研究の出発点の 1 つでした。 ここで私は別の仮説を提示します（キルジニッツ、リンデ、ガス、ターナーなどが参加しました。ここでは時間の矢の向きが変わっているという意見だけを述べています）。

現代の理論では、真空はさまざまな状態で存在できると想定されています。安定した状態では、エネルギー密度は非常に正確にゼロに等しくなります。 不安定で、巨大な正のエネルギー密度（実効宇宙定数）を持っています。 後者の状態は「偽真空」と呼ばれることもあります。

このような理論に対する一般相対性理論の方程式の解の 1 つは次のとおりです。 宇宙は閉じています、つまり それぞれの瞬間は、有限体積の「超球」を表します（超球は、球の 2 次元表面の 3 次元の類似物です。超球は、ちょうど 2 次元のユークリッド空間に「埋め込まれている」と想像できます）。次元球は 3 次元空間に「埋め込まれています」)。 超球の半径は、ある時点で有限の最小値を持ち (t = 0 と表します)、時間の前後両方で、この点からの距離に応じて増加します。 擬似真空のエントロピーは (一般的な真空と同様に) ゼロであり、時間の前後に点 t = 0 から離れると、擬似真空の減衰によりエントロピーが増加し、真の真空の安定状態に変わります。 。 したがって、点 t = 0 では、時間の矢は回転します (ただし、宇宙論的な CPT 対称性は存在せず、反射点で無限の圧縮が必要になります)。 CPT 対称性の場合と同様に、ここでもすべての保存電荷はゼロに等しくなります (簡単な理由で、t = 0 では真空状態になります)。 したがって、この場合、CP 不変性の違反により、観察されたバリオンの非対称性が動的に発生することを仮定する必要もあります。

宇宙の先史に関する別の仮説は、実際には宇宙は 1 つや 2 つではなく (ある意味で、時間の矢の回転の仮説にあるように)、多くの宇宙が互いに根本的に異なっているというものです。そして、ある「一次」空間（またはその構成粒子。これは単に別の言い方かもしれません）から生じます。 他の宇宙と一次空間は、それについて話すのが理にかなっているのであれば、特に、「私たちの」宇宙と比較して、異なる数の「巨視的な」空間的および時間的次元、つまり座標（私たちの宇宙では3つの空間）を持つ可能性があります。 1 つの時間的次元、他の宇宙ではすべてが異なる可能性があります。) 引用符で囲まれた「巨視的な」という形容詞には特に注意を払わないでください。 これは、ほとんどの次元がコンパクト化される「コンパクト化」仮説に関連しています。 非常に小規模な規模で閉鎖されました。

「メガユニバース」の構造

異なる宇宙間には因果関係がないと想定されています。 これはまさに、それらが別々の宇宙であるという解釈を正当化するものです。 私はこの壮大な構造を「メガユニバース」と呼んでいます。 何人かの著者がそのような仮説のバリエーションについて議論しています。 特に、閉じた（ほぼ超球状の）宇宙の複数の誕生の仮説は、Ya.B. の著作の 1 つで擁護されています。 ゼルドビッチ。

メガユニバースのアイデアは非常に興味深いです。 おそらく真実はまさにこの方向にあるのでしょう。 しかしながら、私にとって、これらの構造のいくつかには、やや技術的な性質のあいまいさが 1 つあります。 宇宙の異なる領域の状況は完全に異なると仮定することは十分に許容されます。 しかし、自然の法則は、いつでもどこでも必然的に同じでなければなりません。 自然は、クロッケーのルールを勝手に変えた、キャロルの『不思議の国のアリス』の女王のような存在ではあり得ません。 存在はゲームではありません。 私の疑問は、時空の連続性の断絶を可能にする仮説に関連しています。 このようなプロセスは許容されますか? それらは、「存在の条件」ではなく、まさに自然法則の限界点での違反ではないでしょうか？ 繰り返しますが、これらが正当な懸念であるかどうかはわかりません。 おそらく、フェルミ粒子の数の保存の問題と同様に、私はあまりにも狭い観点から出発しているのかもしれません。 さらに、連続性を壊さずに宇宙の誕生が起こるという仮説も十分に考えられます。

パラメータが異なる多くの、そしておそらくは無限の数の宇宙が自然発生的に誕生し、私たちを取り巻く宇宙はまさに生命と知性の出現条件によって多くの世界の間で区別されるという仮定は、「人間原理」と呼ばれます。 」（AP通信）。 ゼルドビッチは、拡大する宇宙という文脈で彼が知っている最初の AP の考察はイドリス (1958 年) に属すると書いています。 マルチリーフ宇宙の概念では、人間原理も役割を果たすことができますが、それは連続するサイクルまたはその領域の選択に関係します。 この可能性については、私の著作「宇宙の複数のモデル」で議論されています。 マルチシート モデルの問題点の 1 つは、「ブラック ホール」の形成とその結合によって圧縮段階での対称性が大きく崩れ、次のサイクルの条件が高度に組織化されたシートの形成に適しているかどうかが完全に不明瞭になることです。構造物。 一方、十分に長いサイクルでは、バリオンの崩壊とブラック ホールの蒸発のプロセスが発生し、すべての密度の不均一性が平滑化されます。 私は、これら 2 つのメカニズム、つまりブラック ホールの形成と不均一性の整列の組み合わせが、「よりスムーズな」サイクルとより「乱れた」サイクルの連続的な変化をもたらすと考えています。 私たちのサイクルの前には、ブラック ホールが形成されない「滑らかな」サイクルが続くはずでした。 具体的には、時間の矢の転換点にある「偽りの」真空を持つ閉じた宇宙を考えることができます。 このモデルの宇宙定数はゼロに等しいと考えることができ、膨張から圧縮への変化は単に通常の物質の相互引力によって起こります。 各サイクルのエントロピーの増加によりサイクルの継続時間は増加し、任意の数を超えます (無限大になる傾向があります)。その結果、陽子の崩壊と「ブラック ホール」の蒸発の条件が満たされます。

マルチリーフ モデルは、いわゆる大数パラドックスに対する答えを提供します (もう 1 つの考えられる説明は、長い「インフレーション」段階を伴う Guth らの仮説です。第 18 章を参照)。

遠く離れた球状星団の郊外にある惑星。 アーティスト © ドン・ディクソン

有限体積の宇宙では、有限であるにもかかわらず、陽子と光子の総数が非常に大きいのはなぜでしょうか? そして、この質問の別の形式は、「オープン」バージョンに関連しており、ロバチェフスキーの無限の世界のその領域で粒子の数がなぜこれほど多く、その体積が A 3 程度であるのかというものです (A は曲率半径です) ）？

マルチリーフ モデルから得られる答えは非常にシンプルです。 t = 0 からすでに多くのサイクルが経過していると想定されます。各サイクル中にエントロピー (つまり、光子の数) が増加し、それに応じて各サイクルで増加するバリオン超過が生成されました。 各サイクルにおけるバリオンの数と光子の数の比は、一定のサイクルにおける宇宙の膨張の初期段階の力学によって決まるため、一定です。 t = 0 以降の合計サイクル数は、観測された光子とバリオンの数が得られる程度の数です。 それらの数は指数関数的に増加するため、必要なサイクル数ではそれほど大きな値さえ得られません。

私の 1982 年の研究の副産物は、ブラック ホールの重力合体確率の公式です (ゼルドビッチとノビコフによる本の推定値が使用されました)。

もう 1 つの興味深い可能性、またはむしろ夢は、マルチリーフ モデルに関連しています。 おそらく、高度に組織化された精神は、サイクル中に何十億年もかけて発達し、そのサイクルから時間的に隔てられた後続のサイクルで、自分が持っている情報の最も価値のある部分の一部を、暗号化された形式で継承者に送信する方法を見つけます。超高密度状態の期間?.. 類推 - 受精細胞の核の染色体に「圧縮」され、コード化された遺伝情報が生物によって世代から世代へと伝達される。 もちろん、この可能性はまったく素晴らしいものであり、私はそれについて科学記事で書く勇気はありませんでしたが、この本のページでは自由にさせていただきました。 しかし、この夢とは関係なく、宇宙の複数の葉のモデルの仮説は、哲学的世界観において重要であるように私には思えます。

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宇宙の起源と発展をモデル化して定式化。 これは、他の自然科学で行われているように、宇宙論では再現可能な実験を実行し、そこから法則を導き出すことが不可能であるという事実によるものです。 さらに、それぞれの宇宙現象はユニークです。 したがって、宇宙論はモデルを使って機能します。 周囲の世界に関する新しい知識が蓄積されるにつれて、新しい宇宙論モデルが洗練され、開発されます。

古典的な宇宙モデル

18 世紀から 19 世紀にかけての宇宙論と宇宙論の進歩。 それは古典的な多中心的な世界像の創造で最高潮に達し、それが科学的宇宙論の発展の初期段階となった。

このモデルは非常にシンプルでわかりやすいです。

1. 宇宙は空間的にも時間的にも無限、つまり永遠であると考えられています。

2. 天体の運動と発展を支配する基本法則は万有引力の法則です。

3. 空間は、その中にある物体とは決して結びついておらず、これらの物体の入れ物としての受動的な役割を果たしています。

4. 時間も物質に依存せず、すべての自然現象と物体の普遍的な持続時間です。

5. すべての体が突然消えたとしても、空間と時間は変化しません。 宇宙の星、惑星、星系の数は無限にあります。 それぞれの天体は長い一生を経ます。 死んだ、あるいはむしろ消滅した星々は、新しい若い著名人たちに取って代わられています。

天体の起源と死の詳細は不明のままですが、基本的にこのモデルは調和が取れており、論理的に一貫しているように見えました。 この形式では、古典的な多中心モデルが 20 世紀初頭まで科学に存在していました。

しかし、この宇宙モデルにはいくつかの欠陥がありました。

万有引力の法則は惑星の求心加速度を説明しましたが、惑星や物質体が均一かつ直線的に運動したいという欲求がどこから来るのかについては述べていませんでした。 慣性運動を説明するには、すべての物質体を動かし始める神聖な「最初の一押し」の存在を仮定する必要がありました。 さらに、天体の軌道を修正するために神の介入も許可されました。

測光、重力、熱力学など、いわゆる宇宙論的パラドックスの古典的モデルの枠組み内での出現。 それらを解決したいという願望により、科学者は新しい一貫したモデルを探すことにもなりました。

したがって、宇宙の古典的な多中心モデルは本質的に部分的に科学的であるだけであり、宇宙の起源を科学的に説明することができなかったため、他のモデルに置き換えられました。

宇宙の相対論的モデル

宇宙の新しいモデルは 1917 年に A. アインシュタインによって作成されました。 それは重力の相対論的理論、つまり一般相対性理論に基づいていました。 アインシュタインは、空間と時間の絶対性と無限性の公準を放棄しましたが、定常性の原則、時間における宇宙の不変性と空間におけるその有限性は保持しました。 アインシュタインによると、宇宙の性質はその中の重力質量の分布によって決まります。宇宙は無限ですが、同時に空間的には閉じられています。 このモデルによれば、空間は均一かつ等方性です。 すべての方向に同じ性質を持ち、物質はその中に均等に分布し、時間は無限であり、その流れは宇宙の性質に影響を与えません。 アインシュタインは計算に基づいて、世界空間は 4 次元の球体であると結論付けました。

同時に、この宇宙モデルを通常の球体の形で想像すべきではありません。 球空間は球ではありますが、視覚的に表現できない四次元の球です。 類推により、ボールの表面が有限の平方センチメートルで表現できるのと同様に、そのような空間の体積も有限であると結論付けることができます。 4 次元の球体の表面も有限の立方メートルで表されます。 このような球状の空間には境界がなく、その意味で無限です。 そんな空間を一方向に飛んでいくと、やがて原点に戻ってきます。 しかし同時に、ボールの表面に沿って這うハエには、選択した方向への移動を妨げる境界や障壁はどこにも見つかりません。 この意味で、ボールの表面は有限ではありますが、無限です。 無限と無限は別の概念です。

したがって、アインシュタインの計算から、私たちの世界は 4 次元の球体であることがわかりました。 このような宇宙の体積は、非常に大きいにもかかわらず、有限の立方メートル数で表現できます。 原理的には、閉じた宇宙全体を飛び回り、常に一方向に移動できます。 このような空想の旅は、地球上の世界中を旅するのと似ています。 しかし、宇宙は体積が有限であると同時に、あらゆる球の表面に境界がないのと同じように、無限でもあります。 アインシュタインの宇宙には、多数ではあっても有限の数の星や星系が含まれているため、測光パラドックスや重力パラドックスは適用できません。 同時に、熱による死の恐怖がアインシュタインの宇宙に迫ってきます。 このような宇宙は、空間的に有限であり、時間の経過とともに必ず終わりを迎えます。 永遠は本質的には存在しません。

したがって、アイデアの新規性、さらには革命的な性質にもかかわらず、アインシュタインは彼の宇宙論において、世界の静的な性質に関する通常の古典的なイデオロギー的態度によって導かれました。 彼は矛盾した不安定な世界よりも、調和の取れた安定した世界に惹かれました。

拡大する宇宙モデル

アインシュタインの宇宙モデルは、一般相対性理論の結論に基づいた最初の宇宙論モデルとなりました。 これは、長距離にわたる質量間の相互作用を決定するのは重力であるという事実によるものです。 したがって、現代宇宙論の理論的核心は重力理論、つまり一般相対性理論です。 アインシュタインは、彼の宇宙論モデルにおいて、宇宙の定常性と不変性を保証すると考えられていたある仮説的な斥力の存在を仮定しました。 しかし、その後の自然科学の発展により、この考えは大きく修正されました。

5年後の1922年、ソ連の物理学者で数学者のA・フリードマンは、厳密な計算に基づいて、アインシュタインの宇宙が静止して不変であるはずがないことを示した。 同時に、フリードマンは、宇宙の等方性と均一性という 2 つの仮定に基づいて定式化した宇宙論的原理に依存していました。 宇宙の等方性は、区別された方向がないこと、宇宙がすべての方向で同一であることとして理解されます。 宇宙の均一性は、宇宙のすべての点が同一であることとして理解されています。つまり、どの点でも観測を行うことができ、どこでも等方性の宇宙が見られます。

フリードマンは、宇宙原理に基づいて、アインシュタインの方程式には他の非定常解があり、それに応じて宇宙は膨張または収縮できることを証明しました。 同時に、空間自体を拡張することについても話していました。 世界中のあらゆる距離の増加について。 フリードマンの宇宙は、半径と表面積の両方が継続的に増加する、膨張するシャボン玉に似ていました。

当初、膨張する宇宙のモデルは仮説であり、経験的な裏付けがありませんでした。 しかし、1929 年にアメリカの天文学者 E. ハッブルは、スペクトル線の「赤方偏移」(スペクトルの赤い端に向かう線のシフト) の効果を発見しました。 これは、ドップラー効果、つまり波源と観測者の相対的な動きによる発振周波数または波長の変化の結果として解釈されました。 「赤方偏移」は、距離が進むにつれて増加する速度で銀河が互いに遠ざかることの結果として説明されました。 最近の測定によると、膨張率は 100 万パーセクごとに約 55 km/s 増加します。

観測の結果、ハッブルは、宇宙は銀河の世界であり、私たちの銀河系だけがその中にあるわけではなく、膨大な距離を隔てた多くの銀河が存在するという考えを実証しました。 同時にハッブルは、銀河間の距離は一定ではなく増加するという結論に達しました。 こうして、膨張する宇宙という概念が自然科学に現れました。

私たちの宇宙にはどんな未来が待っているのでしょうか？ フリードマンは宇宙の発展について 3 つのモデルを提案しました。

最初のモデルでは、宇宙はゆっくりと膨張するため、異なる銀河間の重力により、宇宙の膨張は遅くなり、最終的には止まります。 この後、宇宙は縮小し始めました。 このモデルでは、空間が曲がり、それ自体で閉じて球体を形成します。

2番目のモデルでは、宇宙は無限に広がり、空間は鞍の表面のように湾曲しており、同時に無限でした。

フリードマンの 3 番目のモデルでは、空間は平坦であり、また無限です。

これら 3 つの選択肢のうちどれが宇宙の進化に従うかは、膨張する物質の運動エネルギーに対する重力エネルギーの比率によって決まります。

物質の膨張の運動エネルギーが膨張を妨げる重力エネルギーよりも勝っている場合、重力は銀河の膨張を止められず、宇宙の膨張は不可逆的になります。 このバージョンの宇宙の動的モデルは、オープン ユニバースと呼ばれます。

重力相互作用が優勢な場合、膨張率は完全に停止するまで時間の経過とともに遅くなり、その後、宇宙が元の特異点状態 (無限に高密度の点体積) に戻るまで物質の圧縮が始まります。 このバージョンのモデルは、振動宇宙、または閉じた宇宙と呼ばれます。

限界的なケースでは、重力が物質の膨張のエネルギーと正確に等しいとき、膨張は止まらないが、時間の経過とともにその速度はゼロになる傾向がある。 宇宙の膨張が始まってから数百億年後には、準静止とも言える状態が起こります。 理論的には、宇宙の脈動も可能です。

E. ハッブルが遠方の銀河がますます加速する速度で互いに遠ざかっていることを示したとき、私たちの宇宙が膨張しているという明確な結論が下されました。 しかし、膨張する宇宙は変化する宇宙であり、始まりと終わりがあるすべての歴史を持つ世界です。 ハッブル定数を使用すると、宇宙の膨張過程が続く時間を推定できます。 それは100億年以上190億年以下であることがわかります。 膨張する宇宙の最も可能性の高い寿命は150億年と考えられています。 これは私たちの宇宙のおおよその年齢です。

科学者の意見

一般相対性理論に基づいた、最もエキゾチックな宇宙論的 (理論的) モデルは他にもあります。 ケンブリッジ大学の数学教授ジョン・バローは宇宙論モデルについて次のように述べています。

「宇宙論の自然な仕事は、私たちの宇宙の起源、歴史、構造を可能な限り理解することです。 同時に、一般相対性理論は、物理学の他の分野から借用しなくても、ほぼ無制限の数の非常に異なる宇宙論モデルを計算することを可能にします。 もちろん、それらの選択は天文学的および天体物理学的データに基づいて行われ、その助けを借りて、さまざまなモデルが現実に準拠しているかどうかをテストするだけでなく、どのコンポーネントを最も適切に組み合わせることができるかを決定することもできます。私たちの世界の説明。 こうして現在の宇宙の標準モデルが誕生しました。 したがって、この理由だけでも、宇宙論モデルの歴史的多様性は非常に役に立ちました。

しかし、それだけではありません。 多くのモデルは、天文学者が今日のような豊富なデータをまだ蓄積していなかったときに作成されました。 たとえば、宇宙の真の等方性の度合いは、宇宙設備のおかげで確立されたのはここ 20 年間だけです。 過去において、空間モデラーには経験的な制約がはるかに少なかったことは明らかです。 さらに、今日の標準からすると風変わりなモデルであっても、将来的には、まだ観測できない宇宙の部分を記述するのに役立つ可能性があります。 そして最後に、宇宙論モデルの発明は、一般相対性理論の方程式に対する未知の解を見つけたいという欲求を単純に刺激する可能性があり、これも強力なインセンティブとなります。 一般に、そのようなモデルが豊富にあることは理解でき、正当化されます。

最近の宇宙論と素粒子物理学の結合も同様に正当化されています。 その代表者らは、宇宙の生命の初期段階を、基本的な相互作用の法則を決定する私たちの世界の基本的な対称性を研究するのに理想的な自然の実験室であると考えています。 この結合は、根本的に新しく非常に深い宇宙論モデルのファン全体の基礎をすでに築いています。 将来的には、それが同様に実りある結果をもたらすことは疑いの余地がありません。」

初め、宇宙は膨張する空虚の塊でした。 その崩壊はビッグバンを引き起こし、火を噴くプラズマの中で最初の化学元素が作られました。 その後、重力が冷却ガス雲を数百万年にわたって圧縮しました。 そして最初の星が輝き、何兆もの青白い銀河で壮大な宇宙を照らしました...この世界像は、20世紀最大の天文学的発見によって支えられており、強固な理論的基盤の上に立っています。 しかし、それを好まない専門家もいます。 彼らはその弱点を執拗に探し、別の宇宙論が現在の宇宙論に取って代わることを期待しています。

1920 年代初頭、サンクトペテルブルクの科学者アレクサンダー フリードマンは、話を簡単にするために、物質がすべての空間を均一に満たしていると仮定し、非定常膨張宇宙を記述する一般相対性理論 (GTR) の方程式の解を発見しました。 アインシュタインでさえ、宇宙は永遠で不変であるに違いないと信じて、この発見を真剣に受け止めませんでした。 そのような宇宙を説明するために、彼は特別な「反重力」ラムダ項を一般相対性理論の方程式に導入しました。 フリードマンは間もなく腸チフスで亡くなり、彼の決断は忘れ去られた。 たとえば、ウィルソン山天文台で世界最大の 100 インチ望遠鏡の開発に携わったエドウィン ハッブル氏は、これらのアイデアについて何も聞いたことがありませんでした。

1929 年までに、ハッブルは数十の銀河までの距離を測定し、以前に得られたスペクトルと比較して、銀河が遠くなるほどスペクトル線がより赤方偏移することを予期せず発見しました。 赤方偏移を説明する最も簡単な方法は、ドップラー効果です。 しかしその後、すべての銀河が急速に私たちから遠ざかりつつあることが判明しました。 あまりにも奇妙だったので、天文学者フリッツ・ツヴィッキーは「疲れた光」という非常に大胆な仮説を提唱しました。それによると、私たちから遠ざかっているのは銀河ではなく、長い旅の途中で光量子がその動きに対する抵抗を経験し、徐々に失われていきます。エネルギーがあり、赤くなります。 その後、もちろん、彼らは宇宙の膨張という考えを思い出し、同様に奇妙な新しい観察がこの奇妙な忘れられた理論によく適合することが判明しました。 フリードマンのモデルは、その赤方偏移の起源が通常のドップラー効果に非常によく似ているという事実からも恩恵を受けました。今日でも、すべての天文学者が、宇宙における銀河の「散乱」が膨張とまったく同じではないことを理解しているわけではありません。宇宙そのものに「凍った」銀河が入り込む。

「疲れた光」仮説は、物理学者が、光子が他の粒子と相互作用することによってのみエネルギーを失い、この場合、光子の運動方向は必然的に少なくともわずかに変化することに気づいた 1930 年代の終わりまでに、静かに現場から消えていきました。 したがって、「疲れた光」モデルの遠方の銀河の画像は霧の中のようにぼやけるはずですが、非常にはっきりと見えます。 その結果、一般に受け入れられている考えに代わる宇宙のフリードマンモデルが最近、みんなの注目を集めています。 (しかし、ハッブル自身は、1953 年の生涯の終わりまで、宇宙の膨張は見かけ上の効果に過ぎないと認めていました。)

2倍の代替標準

しかし、宇宙は膨張しているということは、以前はもっと密度が高かったということになります。 フリードマンの弟子である核物理学者ゲオルギ・ガモフは、その進化を精神的に逆転させて、初期の宇宙は非常に高温であり、その中で熱核融合反応が起こったと結論付けた。 ガモフは観察された化学元素の蔓延について彼らに説明しようとしたが、主釜で「調理」できたのは数種類の軽い核だけだった。 その結果、世界には水素に加えて、ヘリウムが 23 ～ 25%、重水素が 100 分の 1、リチウムが 10 億分の 1 含まれるべきであることが判明しました。 星の中のより重い元素の合成理論は、後にガモフの競争相手である天体物理学者フレッド・ホイルによって同僚と開発されました。

1948年、ガモフはまた、熱い宇宙から観察可能な痕跡が残るはずだと予測した。それは、空のあらゆる方向から来る数ケルビンの温度で冷却されたマイクロ波放射である。 悲しいことに、ガモフの予測はフリードマンのモデルの運命を繰り返しました。誰も放射能を急いで探さなかったのです。 高温宇宙の理論は、それを検証するために高価な実験を行うにはあまりにも贅沢すぎるように思われました。 さらに、そこには神の創造物との類似点が見られ、多くの科学者はそこから距離を置きました。 それはガモフが宇宙論を放棄し、当時新興していた遺伝学に転向することで終わりました。

1950年代には、同じフレッド・ホイルが天体物理学者トーマス・ゴールド、数学者ハーマン・ボンディとともに開発した静止宇宙理論の新しいバージョンが人気を博した。 ハッブル発見の圧力を受けて、彼らは宇宙の膨張は受け入れましたが、その進化は受け入れませんでした。 彼らの理論によれば、空間の膨張には水素原子の自発的な生成が伴うため、宇宙の平均密度は変化しません。 もちろん、これはエネルギー保存の法則に違反しますが、空間 1 立方メートルあたり 10 億年に 1 個以下の水素原子しか存在しないという、極めて重要ではありません。 ホイルは彼のモデルを「連続創造理論」と呼び、負の圧力を伴う特別な C フィールド (英語の創造 - 創造に由来) を導入しました。これにより、物質の密度を一定に維持しながら宇宙を強制的に膨張させました。 ガモフに反抗して、ホイルは、軽い元素を含むすべての元素は星における熱核過程によって形成されると説明した。

ガモフが予測した宇宙マイクロ波背景放射は、ほぼ 20 年後に偶然発見されました。 その発見者はノーベル賞を受賞し、熱いフリードマン・ガモフ宇宙はすぐに競合する仮説に取って代わりました。 しかし、ホイルは諦めず、自分の理論を擁護して、マイクロ波背景放射は遠方の星によって生成され、その光は宇宙塵によって散乱され、再放射されたと主張した。 しかし、空の輝きは斑点があるはずですが、ほぼ完全に均一です。 徐々に、星や宇宙雲の化学組成に関するデータが蓄積され、それはガムの一次元素合成モデルとも一致していました。

このようにして、ビッグバンの 2 回交互理論は一般に受け入れられるようになり、今日の流行の言い方のように、科学の主流になりました。 そして今、学童たちはハッブルが宇宙の爆発を発見し（赤方偏移の距離依存性ではない）、ソ連の天体物理学者ジョセフ・サムイロヴィチ・シュクロフスキーの軽妙な手腕により宇宙マイクロ波放射が遺物となったと教えられている。 熱い宇宙のモデルは、文字通り言語のレベルで人々の心に「縫い込まれ」ています。

赤方偏移の 4 つの原因

ハッブルの法則、つまり赤方偏移の距離依存性を説明するにはどれを選択すべきでしょうか?

基礎の下を掘る

しかし、人間の性質として、別の議論の余地のない考えが社会に定着するとすぐに、議論したくなる人々が現れます。 標準宇宙論の批判は、その理論的基礎の不完全性を指摘する概念的なものと、説明が難しい特定の事実や観察を引用する天文学的なものに分けられます。

概念的攻撃の主なターゲットは、言うまでもなく、一般相対性理論 (GTR) です。 アインシュタインは重力を時空の曲率と同一視しながら驚くほど美しい説明をしました。 しかし、一般相対性理論によれば、ブラック ホール、つまり中心にある物質が無限の密度の点に圧縮される奇妙な物体の存在がわかります。 物理学では、無限の出現は常に理論の適用限界を示します。 超高密度では、一般相対性理論は量子重力に置き換えられなければなりません。 しかし、量子物理学の原理を一般相対性理論に導入する試みはすべて失敗しており、物理学者は重力に関する代替理論を探すことを余儀なくされている。 そのうちの数十は 20 世紀に建てられました。 ほとんどは実験テストに耐えられませんでした。 しかし、いくつかの理論はまだ有効です。 その中には、例えば、学者ログノフによる重力場の理論があり、そこでは湾曲した空間は存在せず、特異点は生じません。これは、ブラック ホールやビッグバンが存在しないことを意味します。 このような代替重力理論の予測が実験的に検証できる場合は常に、一般相対性理論の予測と一致し、極端な場合、つまり超高密度または宇宙論的距離が非常に遠い場合にのみ、結論が異なります。 これは、宇宙の構造と進化が異なっているに違いないことを意味します。

新しい宇宙論

かつて、ヨハネス・ケプラーは、惑星軌道の半径間の関係を理論的に説明しようとして、正多面体を互いに入れ子にしました。 記述され、そこに刻まれている球体は、彼にとって、宇宙の構造を解明するための最も直接的な道であるように思えました - 彼が著書で呼んだ「宇宙図の謎」。 その後、ティコ・ブラーエの観察に基づいて、彼は円と球体が天上で完全であるという古代の考えを捨て、惑星は楕円形で運動していると結論付けました。

現代の天文学者の多くも、理論家の推測的な構造に懐疑的であり、空を見てインスピレーションを引き出すことを好みます。 そして、そこには、私たちの銀河である天の川が、局所銀河群と呼ばれる小さな銀河団の一部であり、局所超銀河団として知られる、おとめ座にある巨大な銀河雲の中心に引き寄せられていることがわかります。 1958 年に天文学者ジョージ エイベルは、北の空にある 2,712 個の銀河団のカタログを出版しました。これらの銀河団は超銀河団に分類されています。

同意します、それは物質で均一に満たされた宇宙のようには見えません。 しかし、フリードマンモデルの均一性がなければ、ハッブルの法則と一致する拡大レジームを得るのは不可能です。 そして、電子レンジの背景の驚くべき滑らかさも説明できません。 したがって、理論の美しさの名の下に、宇宙の均一性は宇宙原理であると宣言され、観測者はそれを確認することが期待されました。 もちろん、宇宙論的な基準から見て、天の川銀河の 100 倍の大きさという短い距離では、銀河間の引力が支配的となり、銀河は軌道上を移動し、衝突し、合体します。 しかし、ある距離スケールから始めると、宇宙は単純に均一になるはずです。

1970 年代、観測ではまだ数十メガパーセクを超える構造が存在するかどうかを確実に言うことはできず、「宇宙の大規模均一性」という言葉はフリードマン宇宙論の擁護の言葉のように聞こえました。 しかし、1990 年代の初めまでに状況は劇的に変化しました。 うお座とくじら座の境界で、局所超銀河団を含む、約 50 メガパーセクの大きさの超銀河団の複合体が発見されました。 うみへび座で、彼らは最初に60メガパーセクの大きさのグレートアトラクターを発見し、次にその背後に3倍の大きさの巨大なシャプレー超銀河団を発見した。 そして、これらは孤立したオブジェクトではありません。 同時に、天文学者らは長さが 150 メガパーセクの複雑な万里の長城について記述しており、そのリストは増え続けています。

今世紀末までに、宇宙の 3D 地図の作成が本格化しました。 1 回の望遠鏡露出で、数百の銀河のスペクトルが取得されます。 これを行うために、ロボットマニピュレーターが数百本の光ファイバーを広角シュミットカメラの焦点面の既知の座標に配置し、個々の銀河の光を分光実験室に送信します。 これまでで最大の SDSS 調査では、すでに 100 万個の銀河のスペクトルと赤方偏移が決定されています。 そして、既知の宇宙最大の構造物は、以前の CfA-II 調査によると 2003 年に発見されたスローンの万里の長城です。 その長さは 500 メガパーセクで、フリードマン宇宙の地平線までの距離の 12% に相当します。

物質の集中に加えて、宇宙の多くの人のいない領域、つまり銀河や謎の暗黒物質さえ存在しない空洞も発見されています。 それらの多くは大きさが 100 メガパーセクを超えており、2007 年にアメリカ国立電波天文台は直径約 300 メガパーセクの大空洞の発見を報告しました。

このような壮大な構造の存在そのものが、ビッグバンの名残の小さな密度変動による物質の重力密集によって不均一性が生じる標準的な宇宙論に疑問を投げかけています。 観測された銀河の自然な運動速度では、宇宙の全生涯にわたって 12 メガパーセクまたは 2 メガパーセクを超えて移動することはできません。 それでは、数百メガパーセクという物質の濃度をどのように説明できるのでしょうか?

闇の存在

厳密に言えば、フリードマンのモデルは「純粋な形」では、1933 年にフリッツ・ツヴィッキーによって発明された特別な観察不可能な実体を追加しない限り、銀河や星団などの小さな構造の形成を説明することはできません。 彼は、かみのけ銀河団を研究しているときに、その銀河が非常に速く動いているため、簡単に飛び去ってしまうことを発見しました。 なぜクラスターは崩壊しないのでしょうか？ ツヴィッキーは、その質量が光源から推定されるよりもはるかに大きいと示唆した。 これが、今日では暗黒物質と呼ばれる隠れた質量が天体物理学に出現した方法です。 それがなければ、銀河円盤や銀河団の力学、これらの銀河団を通過するときの光の曲がり、そしてまさにその起源を説明することは不可能です。 暗黒物質は通常の発光物質の5倍あると推定されています。 これらが暗黒小惑星でもブラックホールでも既知の素粒子でもないことはすでに確立されています。 暗黒物質はおそらく、弱い相互作用にのみ関与するいくつかの重粒子で構成されています。

最近、イタリアとロシアの衛星実験パメラは、宇宙線に含まれる高エネルギー陽電子の異常な過剰を検出しました。 天体物理学者は、陽電子の適切な発生源を知らず、それらが暗黒物質粒子との何らかの反応の生成物である可能性があると示唆しています。 もしそうなら、ガモフの原始元素合成理論は危険にさらされるかもしれない。なぜなら、ガモフは初期宇宙に膨大な量の未知の重粒子が存在することを想定していなかったからである。

20 世紀と 21 世紀の変わり目に、この謎の暗黒エネルギーを宇宙の標準モデルに緊急に追加する必要がありました。 この少し前に、遠くの銀河までの距離を決定する新しい方法がテストされました。 その中の「標準的なろうそく」は、特別なタイプの超新星爆発であり、爆発の最盛期には常にほぼ同じ明るさがあります。 それらの見かけの明るさは、大変動が発生した銀河までの距離を決定するために使用されます。 宇宙の物質の自己重力の影響により、宇宙の膨張がわずかに減速していることが測定結果で示されるだろうと誰もが予想していました。 非常に驚いたことに、天文学者たちは、宇宙の膨張が逆に加速していることを発見しました。 暗黒エネルギーは、宇宙を膨張させる普遍的な宇宙反発力を提供するために発明されました。 実際、それはアインシュタインの方程式のラムダ項と区別がつきません。さらに面白いことに、かつてはフリードマン・ガモフ宇宙論の主な競合相手であった、静止宇宙のボンディ・ゴールド・ホイル理論の C 場とも区別できません。 このようにして、人為的な推測的アイデアが理論間を移動し、新しい事実の圧力の下で生き残るのに役立ちます。

フリードマンの元のモデルに、観測から決定されたパラメータが 1 つだけ (宇宙の物質の平均密度) しかなかった場合、「暗黒実体」の出現により、「調整」パラメータの数が著しく増加しました。 これらは、闇の「成分」の割合だけでなく、さまざまな相互作用に参加する能力など、それらが任意に想定した物理的特性も含みます。 これらすべてがプトレマイオスの理論を彷彿とさせるというのは本当ではないでしょうか？ 観測結果との整合性を図るために、さらに多くの周転円が追加されましたが、複雑すぎる設計の重みで崩壊してしまいました。

DIY ユニバース

過去 100 年にわたって、多種多様な宇宙モデルが作成されてきました。 以前はそれらのそれぞれが独自の物理的仮説として認識されていたとしても、現在ではその態度はより平凡なものになっています。 宇宙論モデルを構築するには、空間の特性が依存する重力理論、物質の分布、依存関係が導出される赤方偏移の物理的性質、つまり距離 - 赤方偏移の 3 つのことに対処する必要があります。 R(z)。 これにより、モデルの宇宙像が設定され、「標準ろうそく」の明るさ、「標準メーター」の角の大きさ、「標準秒」の継続時間、および表面の明るさなど、さまざまな効果を計算できるようになります。 「参照銀河」の変化は距離に応じて (またはむしろ赤方偏移で) 変化します。 残っているのは、空を見て、どの理論が正しい予測を与えているかを理解することだけです。

夕方、あなたは高層ビルの窓際に座って、下に広がる街の光の海を眺めていると想像してみてください。 遠くにあるものは少なくなります。 なぜ？ おそらくそこには貧しい郊外があるか、開発さえ完全に終了しています。 あるいは、ランタンの光が霧やスモッグで薄暗くなっているのかもしれません。 あるいは、地球の表面の曲率が影響し、遠くの光が地平線を越​​えてしまうだけです。 各オプションについて、ライトの数の距離への依存性を計算し、適切な説明を見つけることができます。 これは、宇宙学者が遠方の銀河を研究し、宇宙の最良のモデルを選択する方法です。

宇宙論的テストが機能するには、「標準」天体を見つけて、その外観を歪めるすべての干渉の影響を考慮することが重要です。 観測宇宙論者は80年間、この問題と格闘してきました。 たとえば、角の大きさのテストを考えてみましょう。 私たちの空間がユークリッド空間、つまり曲がっていない場合、銀河の見かけのサイズは赤方偏移 z に反比例して減少します。 湾曲した空間をもつフリードマンのモデルでは、物体の角サイズはよりゆっくりと減少し、水族館の中の魚のように、わずかに大きな銀河が見えます。 このようなモデルさえあります (アインシュタインは初期段階でこのモデルに取り組みました)。銀河は遠ざかるにつれて最初にサイズが減少し、その後再び成長し始めます。 しかし、問題は、私たちは遠方の銀河を過去と同じように見ており、進化の過程でそのサイズが変化する可能性があることです。 さらに、遠くから見ると、霧のスポットはエッジが見えにくいため、小さく見えます。

このような効果の影響を考慮することは非常に困難であるため、宇宙論的テストの結果は特定の研究者の好みに依存することがよくあります。 膨大な数の出版された著作の中に、さまざまな宇宙論モデルを肯定し、否定するテストを見つけることができます。 そして、科学者のプロフェッショナリズムだけが、どれを信じるべきか、どれを信じないかを決定します。 ここにいくつかの例を示します。

2006 年、30 人の天文学者からなる国際チームは、フリードマンのモデルで要求されるように、遠方の超新星爆発が時間の経過とともに続くかどうかをテストしました。 彼らはこの理論に完全に同意しました。つまり、フラッシュは、そこから発せられる光の周波数が減少するのと同じだけ長くなるのです。一般相対性理論における時間の遅れは、すべてのプロセスに同じ影響を及ぼします。 この結果は、静止宇宙理論の棺にもう一つの最後の釘を刺す可能性がありました（40年前の最初の結果は、スティーブン・ホーキング博士によって宇宙マイクロ波背景放射として命名されました）が、2009年にアメリカの天体物理学者エリック・ラーナーは、まったく逆の結果を発表しました。別の方法で取得したもの。 彼は、特に膨張する宇宙と静止した宇宙のどちらかを選択するために、1930 年にリチャード・トールマンによって発明された銀河の表面輝度テストを使用しました。 フリードマンモデルでは、銀河の表面の明るさは赤方偏移の増加に伴って非常に急速に低下しますが、「疲れた光」のあるユークリッド空間では減衰がはるかに遅くなります。 z = 1 (フリードマンによれば、銀河の年齢は私たちの近くの銀河の約半分である) では、その差は 8 倍であり、ハッブル宇宙望遠鏡の限界に近い z = 5 では、その差は 8 倍になります。 200倍以上。 テストでは、データが「疲れた光」モデルとほぼ完全に一致し、フリードマンのモデルから大きく乖離していることが示されました。

疑問の余地

観測宇宙論では、支配的な宇宙論モデルの正しさに疑問を投げかけるデータが数多く蓄積されており、このモデルは暗黒物質とエネルギーを加えて LCDM (ラムダ - 冷たい暗黒物質) と呼ばれるようになりました。 LCDM の潜在的な問題は、検出されたオブジェクトの記録の赤方偏移が急速に増加することです。 国立天文台の職員である家正則氏は、銀河、クエーサー、ガンマ線バースト（観測可能な宇宙で最も強力な爆発と最も遠いビーコン）の記録的な開放赤方偏移がどのように成長したかを研究した。 2008 年までに、それらのすべてはすでに z = 6 の閾値を超えており、ガンマ線バーストの記録 z は特に急速に増加しました。 2009 年には、z = 8.2 という新たな記録を樹立しました。 フリードマンのモデルでは、これはビッグバンから約 6 億年後の時代に相当し、銀河形成に関する既存の理論の限界に当てはまります。つまり、それ以上では形成する時間がありません。 一方、z 指標の進歩は止まっているようには見えません。誰もが 2009 年の春に打ち上げられた新しいハーシェル宇宙望遠鏡とプランク宇宙望遠鏡からのデータを待っています。 z = 15 や 20 の天体が出現すると、本格的な LCDM 危機となります。

最も尊敬される観測宇宙学者の一人であるアラン・サンデージは、1972 年に別の問題に気づきました。 ハッブルの法則は、天の川銀河のすぐ近くで十分に成り立つことが判明しました。 私たちから数メガパーセク以内では、物質は非常に不均一に分布していますが、銀河はこれに気づいていないようです。 大きなクラスターの中心に非常に近いものを除いて、それらの赤方偏移は距離に正確に比例します。 銀河の混沌とし​​た速度は、何かによって減速されているようです。 分子の熱運動に例えて、このパラドックスはハッブル流の異常な冷たさと呼ばれることもあります。 LCDM ではこのパラドックスについて包括的な説明はありませんが、「疲れた光」モデルでは自然に説明されます。 プルコヴォ天文台のアレクサンダー・ライコフは、光子の赤方偏移と銀河の混沌とし​​た速度の減衰は、同じ宇宙論的要因の現れである可能性があると仮説を立てました。 そして、同じ理由でアメリカの惑星間探査機パイオニア10号とパイオニア11号の動きの異常も説明できるかもしれない。 彼らが太陽系を離れるとき、彼らは小さな説明不能な減速を経験しましたが、これはハッブル流の冷たさを数値的に説明するのにちょうど適した量でした。

多くの宇宙学者が、宇宙の物質は均一ではなくフラクタルに分布していることを証明しようとしています。 これは、私たちが宇宙をどのようなスケールで考えても、対応するレベルのクラスターとボイドの交互が常に明らかになるということを意味します。 この問題を最初に提起したのは、1987 年にイタリアの物理学者ルチアーノ ピオトロネイロでした。 そして数年前、サンクトペテルブルクの宇宙学者ユーリ・バリシェフとフィンランドのペッカ・テイリコルピは、「宇宙のフラクタル構造」という広範な単行本を出版した。 多くの科学論文は、赤方偏移調査では、銀河分布のフラクタルな性質が最大 100 メガパーセクのスケールまで自信を持って明らかにされ、不均一性が最大 500 メガパーセク以上まで追跡されると主張しています。 そして最近、アレクサンダー・ライコフは、サンクトペテルブルク州立大学のヴィクトール・オルロフとともに、最大 z = 3 のスケールのガンマ線バーストのカタログにフラクタル分布の兆候を発見しました（つまり、ほとんどの場合、フリードマンモデルによる）目に見える宇宙）。 これが確認されれば、宇宙論は大きな変革を迎えることになる。 フラクタル性は、数学的単純さの理由から、20 世紀の宇宙論の基礎として採用された均一性の概念を一般化します。 今日、フラクタルは数学者によって積極的に研究されており、新しい定理が定期的に証明されています。 宇宙の大規模構造のフラクティリティは、非常に予期せぬ結果を引き起こす可能性があり、宇宙の姿とその発展の根本的な変化が私たちの先に待っているかどうかは誰にも分かりません。

魂の叫び

しかし、たとえ宇宙論的な「反体制派」がそのような例からどれほどインスピレーションを得たとしても、今日では、標準的な LCDM とは異なる、宇宙の構造と進化に関する一貫した十分に開発された理論は存在しません。 総称してオルタナティブ宇宙論と呼ばれるものは、一般に受け入れられている概念の支持者によって正当に提起されている多くの主張と、強力なオルタナティブ研究プログラムが確立された場合に将来役立つ可能性があるさまざまな洗練度の有望な一連のアイデアで構成されています。が現れます。

代替的な見解の支持者の多くは、個々のアイデアや反例を過度に強調する傾向があります。 彼らは、標準モデルの難しさを実証することで標準モデルを廃止できることを望んでいます。 しかし、科学哲学者イムレ・ラカトスが主張したように、実験も逆説も理論を破壊することはできません。 理論を殺すのは、より優れた新しい理論だけです。 代替宇宙論について提供できるものはまだ何もありません。

しかし、もし世界中で、助成金委員会、科学雑誌の編集局、望遠鏡の観測時間の配分に関する委員会で、大多数が基準支持者であるとしたら、「代替案」はどこから新たな本格的な発展が生まれるのだろうかと不満を漏らす。宇宙論。 彼らは、宇宙論の主流から外れた仕事への資源の割り当てを、それを無駄な資金の無駄だと考えて、単に阻止しているだけだと言う。 数年前、緊張が非常に高くなり、宇宙学者のグループがニュー・サイエンティスト誌に非常に厳しい「科学界への公開書簡」を書きました。 国際公的組織オルタナティブ・コスモロジー・グループ（www.cosmology.info）の設立を発表したが、それ以来定期的に独自の会議を開催しているが、まだ状況を大きく変えることはできていない。

科学の歴史は、まったく代替的であまり興味がないと考えられていたアイデアを中心に、強力な新しい研究プログラムが予期せず形成された例を数多く知っています。 そしておそらく、現在の異質な代替宇宙論は、それ自体の中に、世界像における将来の革命の芽を含んでいる。