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2025-12-30 06:10:00
あなたが森の中にいると想像してください。頭上には無限の緑の天蓋から日光が差し込んでいます。どこにでもユニークさがあります。
真っ直ぐに伸びる木もあれば、しわが寄ってねじれている木もあります。ここの地面はきれいですが、あちらの地面はイバラとイバラだらけです。
さらに驚くべき科学
クレジット: noao/aura/nsf/hubble Heritage チーム
しかし、尾根を登って樹冠の上に体を持ち上げることができれば、この個性は薄れます。今、あなたの視界は見渡す限り緑の海です。
森は規則的で方向性がありません。
クレジット: ジョーダン・シーメンス/ゲッティイメージズ
ほとんどの宇宙学者は、宇宙も同じように機能すると信じています。
小さなスケールでは、星、惑星、さまざまな種類の銀河など、個々の癖が存在します。
しかし、数億光年のスケールまで十分にズームアウトすると、その尾根を登るようなものになり、宇宙は均一になります。
天文学者たちは、宇宙は大規模なスケールでは均質であり、等方性であると言います。
均質とは、宇宙がどこでも同じであることを意味します。十分に広い空間にドロップすると、平均して同じ銀河の広がりが見られるでしょう。
等方性とは、宇宙がどの方向から見ても同じように見えることを意味します。北、南、東、西のどれを見ても、宇宙の絵の幅広い筆致が繰り返されます。
クレジット: NASA; ESA;カリフォルニア大学サンタクルーズ校、G. Illeth、D. Magee、P. Oesch。 R. ボウエンズ、ライデン大学。そしてHudf09チーム
これらの考え方は、総合すると、私たちは宇宙の中で特別な場所を占めていないという宇宙原理として知られる、ほとんど神聖な天文学的な仮定を支えています。
ケンブリッジ大学の宇宙論教授ブレイク・シャーウィンは、「均一性と等方性は現代の宇宙論の絶対的な中心です」と語る。
「もし私たちが彼らからの離脱を確固として確認することができれば、この分野の基礎を再検討することを余儀なくされるでしょう。」
ヨハネス・ヘベリウス著『セレノグラフィア』より、宇宙のコペルニクス的（地動説）系。写真提供：オックスフォード科学アーカイブ/プリントコレクター/ゲッティイメージズ
科学革命の始まり
しかし、この考えは現代の宇宙論よりもはるかに古いものです。 16 世紀、ニコラウス コペルニクスは地球を宇宙の中心から追い出し、太陽の周りを回る 1 つの惑星に降格させました。
時間が経つにつれて、この洞察はコペルニクスの原則に広がり、宇宙には特別な場所はないということになりました。
アイザック・ニュートンは、惑星が太陽の周りを回る理由を重力を使って説明したとき、物質で均一に満たされた宇宙も想像しました。
このような均等な分布だけが、重力によってすべてが単一の壊滅的な崩壊に引き込まれるのを防ぐことができる、と彼は主張した。
20 世紀までに、アインシュタインの一般相対性理論が重力の最良の説明としてニュートンの考えに取って代わりました。
クレジット: ベットマン/ゲッティイメージズ
これを宇宙全体に適用するのは気が遠くなるような作業でしたが、宇宙が均質で等方性であると仮定すると、この作業は容易に実行できました。
そうすることで、アレクサンダー・フリードマンとジョルジュ・ルメートルは、完全に静的な宇宙は不可能であるという驚くべき結論に達しました。むしろ、宇宙は膨張しているか収縮しているに違いありません。
アインシュタイン自身はこれを受け入れることに消極的で、方程式を強制的に定常解に戻そうとしました。
しかし 1929 年、エドウィン ハッブルは銀河が私たちから離れつつあることを証明し、宇宙が実際に膨張していることを示しました。
ルメートル氏はさらに踏み込んで、この拡大は最初の爆発的瞬間、つまり現在ビッグバンと呼ばれているものにまで遡る必要があると示唆しました。
エドウィン ハッブル (1889 – 1953) は、天の川銀河の彼方に他の銀河が存在することを確認した天文学者です。写真提供：ニューヨーク・タイムズ社/ゲッティイメージズ
宇宙マイクロ波背景
ビッグバンの最大の証拠の 1 つは、宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) です。
それは、宇宙が誕生してからわずか 38 万歳のときに放出された、熱く濃密な宇宙誕生の残りの光です。
また、CMB は、均一性と等方性という 2 つの概念をテストするための優れた実験室でもあります。
「宇宙マイクロ波背景放射は、その物理的特性が驚くほど均一です」とダラム大学のデビッド・ラガトゥータ博士は説明します。
その温度は全体的にほぼ同じですが、わずか 100,000 分の 1 のわずかな変化があります。
これは、宇宙のインフレーションとして知られる、宇宙の最初のほんの一瞬の期間の結果であり、その間、初期の宇宙の大きさが 1 倍に膨張し、その後 78 個のゼロが続きました。
それでも、その初期の信号には、より複雑なパターンのヒントがあります。
プランク望遠鏡で観測された、宇宙が誕生してわずか 38 万年だった頃の宇宙マイクロ波背景放射 (ビッグバンから残った熱) のスナップショット。クレジット: ESA とプランクのコラボレーション
「CMBにはいくつかの異常がある」とラガトゥータ氏は言う。 「空の片側は少し暖かく見えますが、反対側は少し涼しく見えます。」
この効果は CMB ダイポールとして知られています。最初は等方性の違反のように見えるかもしれませんが、実際にはそれは単に動きによるものです。
太陽系が宇宙空間を通過するにつれて、CMB のうち私たちが向かっている部分はより熱く見え、遠ざかっている部分はより冷たく見えます。
さらに、一部の天文学者は、CMB データに、より微妙な効果 (四極子や八極子) が見られると主張しています。
「興味深いことに、それらの違いは私たちの太陽系と一致しているようです」とラガトゥータ氏は言う。
「固有の方向性が存在しないと仮定すると、なぜそれらの違いが同じ方向を向いているように見えるのでしょうか?」
それらは単に私たちの銀河系からの認識されていない汚染の結果である可能性があります。しかし、配列が本物であれば、等方性は崩れてしまいます。
「私たちが理解していない物理学上の違いがあることが現実であることが判明したら、非常にエキサイティングなことになるでしょう」とラガトゥータ氏はコメントする。今のところ、それは未解決の質問のままです。
CMB 双極子: しかし、温度変化は均一性の本当の意味での変化ではありません。単に進行方向の方が熱く見えるだけです。 クレジット: DMR、COBE、NASA、Four-year Sky Map
宇宙の塊と隙間
CMB が等方性の最も明確なテストであるとすれば、銀河の大規模な分布は均一性の最も困難なテストです。
宇宙には階層構造があります。個々の銀河は銀河団の中にあり、その銀河団が集まって超銀河団になります。
スーパークラスターは、宇宙スーパーボイドとして知られる不毛の荒野によって隔てられています。
宇宙がその個性を失い始めるのは、超銀河団と超空洞の規模（約5億光年）になると予想されている。
森の木々の天蓋のように、すべてがぼやけて同一性を帯びるはずです。
ただし、ルールが常に有効であるとは限りません。 2021 年、天文学者たちはジャイアント アークとして知られる巨大な三日月構造の発見で話題になりました。
ジャイアントアークとビッグリング：宇宙の均一性に挑戦する可能性のある2つの巨大な構造物
それは約92億光年離れたところにありますが、その巨大なサイズが際立っています。直径は約33億光年で、構造が消えて均一になると考えられているスケールの数倍です。
そして 2024 年に、同じチームが別の巨大な宇宙構造を発見したと主張しました。
ビッグ リングとして知られるそれは、直径 13 億光年の銀河団の円です。
注目すべきことに、ジャイアントアークとビッグリングはどちらも地球からほぼ同じ距離に位置しています。
それらはまた、空の同様の部分に、わずか 12 度離れて現れます (空全体は 360 度に及びます)。
超クラスターの地図。ラニアケア超クラスター (私たちがいる場所) が黄色で示されています。クレジット: リチャード・パウエル / Wiki
私たちは奇妙な場所にいますか？
宇宙は均一であることを意図しています。そのどの部分にでも身を投じると、一定のスケール以上では同じように見えるはずです。
しかし、もしこれら 2 つの構造物が本物であるならば、この特定の場所には明らかに何か独特なものがあることになります。
しかし、宇宙論者の中にはまだ均一性と等方性を取り除く準備ができていない人もいます。
「個人的には、これらの基本原則を捨てることには高いハードルがあると思います」とブレイク・シャーウィンは言います。
「もしできれば、これまでで最も興味深いことになるでしょう。しかし、これまでに得られた証拠では十分ではありません。」
ダークエネルギーは、宇宙の膨張を加速する力に与えられた名前です。クレジット: ハッブル/NASA
ダークエネルギーは、宇宙の加速膨張を引き起こしていると考えられている謎の存在です。
天文学者にはそれが何であるかはわかりませんが、宇宙そのものの特性であるようで、宇宙を均一に拡大し、その大規模な滑らかさを維持します。少なくともそれが主流の見方だ。
さらに過激なアイデアもあります。タイムスケープ理論は、私たちが宇宙の過密な部分に住んでおり、それが測定値に偏りを与えていることを示唆しています。
重力は時間の経過速度に影響を与えるため、質量が異なる領域は異なる速度で膨張します。
私たちが密集したパッチの内側から宇宙を観察している場合、宇宙の膨張を測定するために使用する時計は宇宙全体を表していない可能性があります。
この見方では、暗黒エネルギーもまた私たちの想像の産物である可能性があります。
私たちの天の川銀河は巨大な空洞の真ん中にあるのでしょうか? (イラスト) クレジット: M. Hopkins/オタウタヒ-オックスフォード チーム。ベース マップ: ESA/Gaia/DPAC、Stefan Payne-Wardenaar、CC-BY-SA 4.0。
最近の別の見解、そして依然として物議を醸している見解の 1 つは、天の川銀河は半径約 10 億光年の巨大な空洞の中心にあるというものです。
ポーツマス大学の研究者らは、このことが、私たちの地元の環境で宇宙が他の地域よりも速く膨張している可能性があると提案しました。
現時点では、確かなことを言うのは難しいですが、いつものように、より多くのデータが必要です。
サイモンズ天文台と南極望遠鏡は、引き続き CMB の異方性 (不均一な変動) を調査します。
ユークリッド天文台やベラ・ルービン天文台などの大規模な天体調査も、宇宙の大規模な構造を地図化するために進行中です。
しかし最終的には、すべては 1 つの質問に帰着します。「私たちは実際どのくらい特別な存在なのでしょうか?」
#科学者たちは宇宙について完全に間違った認識をしているかもしれませんその理由は次のとおりです