宇宙の外はどうなっているの？仮説や研究結果をもとに宇宙の謎に迫る！

宇宙の外はどうなっているの？

どこまでも続く空の果てには、地球以外の様々な恒星や惑星が点々とする宇宙がどこまでも続いていると言われています。果てがなく広がり続けていると言われていますが、広がり続けるその先には一体何があるのかご存知でしょうか。無限といわれている先に、限界があるのかないのかが無限の先の外の世界を知る鍵になっていきます。

宇宙の外の仮説①無限大に広がり続けている

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「無」とは何もない状態の事をいいますが、「無」の状態には真空のエネルギーというモノが詰まっており、相転移という現象によって急に膨張した事でビッグバンが起こったと言われています。巨大な火の玉の様になり、無限の空間の中を光の速さ以上の速度で果てしなく膨らみ続けていくという事であり「開いた宇宙」であると言えるでしょう。

宇宙の外の仮説②広さには限界がある

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膨張を続けている宇宙はボールの様に丸く球体の形をしていて、膨張はいつか「果て」にぶつかって戻ってくるといった考えを唱える研究者もいます。無限の空間の中ではなく、有限の空間であると考え、果てというモノが存在しないボールの内側の様になっているのではないかという考え方です。この様な説を「閉じた宇宙」といいます。

宇宙の外には何があるの？

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誰も見た事がなく明確な答えを出す素材がない為、答えを出す事が出来ない問題でもあります。外側の世界については様々な仮説が立てられていますが、仮説①や仮説②を元に、外側がどのようになっているか考えていきましょう。

宇宙の外の仮説③宇宙の外には何もない

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もし、仮説①が正しければ「果て」の外側には何もない、という説が有力となるでしょう。壁がないのであれば、膨張し続けるその先には「外」という概念は存在しません。巨大な空間がどこに向かって膨張し続けているのかは分かりませんが、仮説②を見ても、空間が有限である場合には外側という概念は無いという事も成り立ちます。

宇宙の外の仮説④別の宇宙がある

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我々が存在している宇宙の他にも同じような宇宙が数多く存在していると唱える研究者もいます。膨らみ続ける球体の先には壁があり、「果て」の先にある外側には別の宇宙空間が広がっているのだという考え方もできるでしょう。もしかすると宇宙の外側の世界には他の次元の宇宙へ繋がっているのかもしれません。

宇宙の外の仮説『多元宇宙』とは？

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「多元宇宙」とは複数の宇宙が集合しているという仮説についてご紹介しましょう。「多元宇宙」の他に「多世界宇宙」という言い方もするでしょう。次元によって別の宇宙が存在しているとする説や物理定数による仮説、数学的な構造による仮説など、様々な仮説が立てられています。

宇宙の外には次元が違う宇宙がある

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3次元に存在している私達が認識しているのは3次元空間の宇宙ですが、宇宙が4次元的に曲がっているとすれば3次元空間にいる私達には、4次元の姿を見とおす事が困難になってしまいます。5次元空間は小さく折り畳まれていると言われており、近くにあっても確認する事は出来ません。

宇宙の外の仮説は『多世界宇宙説』が有力

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外側はどうなっているのかは暗黒流動という言葉が関係してきます。銀河団の動きを観測し続け、暗黒流動の中で一定方向に引っ張られている歪みを発見しますが、これは観測できる地点を超えた部分において何かの物質が銀河団を引き寄せているという事になるのです。物質の塊はさらに大きい宇宙の外に押し出されているという仮説が成り立ちます。

宇宙の外や宇宙について何が分かっているの？

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現在、観測や計算式などによって仮説が立てられている状況にありますが、今解っている事とはどのような事かご存知でしょうか。科学的に解明しようとしても観測できる範囲が決まっており、すべてを見知る事は出来ないのです。天動説や地動説という言葉もあります。古くから人々は宇宙に魅力を感じていたのではないでしょうか。

宇宙の大きさは半径約450億光年（理論上）

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観測できる範囲で言えば大きさは450億光年まで広がっている事は判明しています。450億光年という数字は実際に観測された訳ではなく、計算によって算出された理論上の数値です。球状という事になっていますが、これはあくまでも球状の範囲を観測する事が出来るという理論上の形式に過ぎません。

宇宙の年齢は推定138億歳

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年齢は人間が一生を80年としても、比べ物にならない程の年数が、ビッグバン以降経過している事になるでしょう。NASAの探査機によってマイクロ波などの値を根拠とした計算をおこなった結果、138億年の歳月広がり続けている事になります。つまり138億年前に誕生したと言えますので、宇宙の年齢は138億歳という事になるでしょう。

宇宙の成分の95％が仮説上のエネルギー

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成分にはどのような物質が含まれていて、どのような物質が広がっているのかご存知でしょうか。実際肉眼や望遠鏡などで確認出来る部分は「陽子」や「中性子」といった普通の物質がたった4％から5％程度です。宇宙の構造の中では空洞の部分があり、その他の95％の物質は正体不明の成分である事が分かっています。

正体不明の成分①ダークマター

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95％の正体不明成分の中にはダークマターと呼ばれる成分が含まれています。ダークマターは暗黒物質とも呼ばれている為、SF映画に出て来る様なイメージを持たれる方もいらっしゃるでしょう。実際に電磁波による望遠鏡などで直接見る事が出来ない物質ですが、重力に影響を及ぼすような質量を持っている物質である事は間接的にわかっています。

正体不明の成分②ダークエネルギー

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もう一つの正体不明の成分はダークエネルギーです。ダークエネルギーは宇宙を構成する要素のおよそ74％も占めています。目には見えない成分が大量に存在している事を発表したのはアメリカのヴェラルービンという女性です。恒星の回転速度や銀河の中心からの距離などを調べ、速度が速すぎる事を発見し、銀河の質量が大きい事を発表しました。

ダークマターは網目の様に銀河をつなぐ

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質量が見かけよりも大きいという事は「目で見る事が出来ない正体不明の成分が大量に存在している」事であり「質量を持ち重力による影響を及ぼす物質が基本構造を支えている」という事になります。2018年には国立天文台の研究者達によって広い範囲で暗黒物質を可視化する事に成功し銀河をつないでいるのがダークマターだと確認出来たのです。

ブラックホールとは

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ブラックホールについても考えてみましょう。ダークマターやダークエネルギーではなく、太陽の30倍以上のとても大きな質量を持っている「星の最期の姿」です。星の質量が重ければ重いほど、寿命を迎える星の最期には「超新星爆発」というモノが訪れます。超新星爆発後に星自身の重力によって収縮し点の様になった星の芯がブラックホールです。

ブラックホールの撮影に成功

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2019年4月に話題になったブラックホールの撮影に成功したというニュースは世界中に衝撃を与えました。地球上にある8台の電波望遠鏡を使って撮影できる期間はわずか数日、その上天候の状態が良くなければ撮影する事が出来ませんでしたが、天候にも恵まれ撮影は成功し画像の分析に1年がかけられています。

ホワイトホールも存在する？

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ブラックホールと真逆の性質を持つホワイトホールという言葉もあります。計算上ではホワイトホールは存在していてもおかしくはないという事になりますが、発見した人がいない事もあり未だ仮説の段階です。ブラックホールとホワイトホールはつながっていて時空トンネルの様になっているのではないかと考えられています。

宇宙の外を知るために宇宙の生い立ちを知ろう！

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外側の領域について知るためには、どの様にして宇宙が出来るのか、生い立ちを知る必要があります。上記でも少し触れましたが、誕生から現在までをご紹介します。宇宙年表というモノが存在している事をご存知でしょうか。年表によれば、宇宙は最初期宇宙、初期宇宙、そして現在の三つの段階を経ている事がわかります。

宇宙の誕生にはインフレーションとビッグバンが必要

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138億年前の無の状態には巨大な真空のエネルギーが詰まっており、1点で「相転移」と呼ばれる現象が起こります。「相転移」により真空エネルギーは大量にエネルギーを放出して膨張、これを「インフレーション」と呼び、インフレーションから10のマイナス34乗秒の間に起こったのが「ビッグバン」です。

宇宙は膨張を続けている

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僅か1秒の1000兆分の1の1000兆分の1の10000分の1、という間にウイルスが銀河団以上の大きさに膨張するほど急激な膨張が起こります。インフレーションが熱を放出しながらおさまっていくと、長い時間をかけて冷えた事で電子や光子などといった素粒子が生まれました。膨張はどの仮説にも当てはまります。

宇宙の未来の仮説

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終焉についての仮説はアインシュタイン方程式を解いたフリードマンによれば、膨張する力が物質の密度を上回った場合はいつか収縮していってしまう閉じた世界になり、同じだった場合は変化のない膨張を続ける平らな世界になります。下回った場合は膨張し続ける開いた世界になるでという3つの仮説が考えられているのです。

宇宙の構造はどうなっているのか

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構造について考えてみましょう。私たちがいる地球は一つの銀河の中にある一つの星です。銀河は数十個集まると銀河群を作り、銀河群が100個以上集まると銀河団になります。銀河団の集まりは超銀河団になりますが、超銀河団も全宇宙の中の一部にすぎません。

宇宙は泡構造

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80年代になると数億光年先の観測点に銀河というモノが全く見つける事が出来ない空洞（ボイド）が発見され、その後にも銀河が全く存在しないボイドが見つかります。この為、宇宙の構造はボイドと、その周りに銀河が存在する糸状の繋がりの様なモノがある事がわかりました。泡が重なった様な構造に似ているとされ、「泡構造」と呼ばれています。