夢想花

思いつくままに雑多な思いを書いていきます。


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宇宙はどうなっているんでしょう。

私はこういう事を考えるのが大好きです。
そして、若い頃、ある考えを思い付きました。それは宇宙膨張を考えなくても遠くの銀河から来る光が赤方偏移している理由を説明できるものです。
以来、ずっとこの考えを温めてきました。まあ、素人が考えたことだからどこかが間違っているんだろうとずっと思ってきました。
しかし、年を取り、この考えをどうしても記録に残しておきたくてホームページを作ることにしました。
まあ、専門の人から見たら馬鹿げた話かもしれませんが、読んでいただけたら幸いです。


A.赤方偏移がなぜ起きるのか

赤方偏移が起きる現象にブラックホールがあります。ブラックホールの近くから発せられた光は赤方偏移します。巨大な重力がある所から来る光は赤方偏移するのです。これと同じことが遠くの銀河でも起きないでしょうか。考えていると起きるように思えるのです。以下、その説明をします。


B.空想実験


B-1.まず、相対性理論の一番単純な例を考えてみます。

観測者Aに対して光速に近いスピードで接近してくるロケットBがあるとします。
話を単純にするため、ロケットBは加速も減速もしてなく惰性で飛行しているとします。つまり自由落下状態です。また観測者Aも地球上にいるのではなく宇宙空間に自由落下状態でいるとします。
さて、相対性理論の書物でよく見かけるように、AからBを見るとBの時間がゆっくり進んでいるように見え、またBの中の物の長さが縮んで見えます。よく言われる話です。
では、BからAを見たらどうなるのでしょう?
ここを勘違いしている人が多いのですが、もちろん、同じ事が起きます。つまり、Aの時間がゆっくり進んでいるように見えAの中の物の長さが縮んで見えます。
一見、矛盾しているように感じますがこれが相対性理論です。相対性理論では基準となる座標系などないのです。すべての自由落下している座標系は対等です。一方が通常の座標系で他方が特殊な座標系などと言うことはないのです。
すべて対等ですから一方からもう一方を見た時に起きることはこの関係を逆にしても起きます。



B-2.次に巨大なブラックホールの近くにいるロケットについて考えてみます。

ブラックホールは極めて巨大でありブラックホールから充分に離れた場所でも巨大な重力があるとします。つまり、潮解力を無視できるくらい遠くに離れても充分に巨大な重力があるとします。
さて、このブラックホールから逃れようとロケットAが必死に飛んでいるとします。しかし、このロケットもついに燃料が切れブラックホールに向かって落下を始めたばかりだとします。つまりロケットAは自由落下系です。
次にブラックホールからはるかに離れた場所、つまりブラックホールの重力が影響しない場所に観測者Bが自由落下状態で浮かんでいたとします。
では、観測者BからロケットAを見るとどうなるでしょう? よく言われるようにAから来る光は赤方偏移して見えます。

さて、では、AからBを見たらどうなるでしょう。
どちらも自由落下系です。相対性理論には基準の座標系とか特殊な座標系などという考えはありません。すべての自由落下系は対等なのです。
だったら、Bから来る光をAからみたら赤方偏移しているのではないでしょうか。

ここが私の考えの基本となるところです。これが違っていたらすべてが間違いですが、どう考えてもこれは成立するように思えます。
つまりAからBを見ても赤方偏移が起きるのです。Bがいる場所には強い重力などありません。またBが高速で遠ざかっているなんてこともありません。しかし、Bから来る光はAにとっては赤方偏移しているのです。



B-3.この考えを重力ではなく空間の傾きで考えてみます。

よく言われるように重力とは空間の歪みです。つまり空間が傾いていると重力が発生するのです。
上記のロケットの現象を空間の傾きと一緒に描くと下図のようになります。ブラックホールがあるのでロケットAがいる空間は傾いています。観測者Bがいる空間は水平です。そしてBからAをみるとAから来る光は赤方偏移して見えます。


では、今度はロケットAから見たらどうなるでしょう。Aは自由落下しているのでロケットに乗っている人にとっては特殊なことは起きていません。もし乗っている人が事情を知らず外を見なければ通常の宇宙空間に浮かんでいるだけだと思うでしょう。
ロケットAに乗っている人は自分のいる空間こそが水平だと思っているでしょう。そして逆に観測者Bがいる空間が傾いていると感じるはずです。つまりロケットAにとっての空間は下図のようになります。
そして、Bから来る光が赤方偏移して見えるとすれば、赤方偏移は相手の空間が傾いて見える場合に起きる現象だと言う事ができます。
赤方偏移が起きるのは巨大な重力があるからではなくて相手の空間がその観測者にとっては傾いているからなのです。
BからAを見た時もそうでした。BにとってはBがいる空間が水平でAの空間が傾いていました。だからAから来る光が赤方偏移したと考えられます。


C.では宇宙ではどうなっているんでしょう。

まず、宇宙の形を決めておかなければいけません。
私は、宇宙は4次元的に球形をしており大きさは有限だが端はない定常宇宙だと考えます。つまり地球のような形です。
宇宙が球形をしていれば、下図のように、ある場所を基準に考えるとそこから離れるにしたがって空間は徐々に傾いていきます。遠くに離れれば離れるほどその傾きはひどくなります。


この傾きはブラックホールでの説明と同じことだと考えられないでしょうか。我々のいる場所から見ると遠く離れた空間は傾いて見える。これはブラックホールと同じ現象です。だったら、傾いた空間から来る光は我々にとっては赤方偏移しているはずです。
そうです、だから遠くの銀河から来る光は赤方偏移して見えるのです。銀河が遠くなればなるほど空間の傾きはひどくなります。そうすると赤方偏移もひどくなります。
このように考えられないでしょうか。

こう考えれば、定常宇宙でも赤方偏移が起きる理由が説明できます。


D.こう考えるメリット

ビッグバン理論で、私が一番不思議に思うことは空間は光速を超えて運動してもいいことになっている点です。従って空間に乗っている物同士は光速を超えて運動してもかまわないことになっています。
でも、これは相対性理論的にはどう解釈されているのでしょう。
相対論では空間などと言う基準になる座標系はないとされています。しかし、ビッグバン理論ではしっかりと基準になる座標系を認めます。そして一番の問題、相対論では光速を超えられないとされていますがビッグバン理論ではあっさりと光速を超えてもかまわないとなっています。
これは、どう考えても相対論を一部変更して相対論に空間の運動という概念を持ち込み相対論の式を再構築しないといけないと思うのですがそのような式は存在しないようです。
ビッグバン理論がこう考えている理由の一つに望遠鏡で観測する実際の宇宙が(もし赤方偏移の理由がドップラー効果であれば)遠くの銀河は光速を超えて運動していると認めざるを得ないところからきています。

しかし、もし、赤方偏移が空間の傾きによるものだとしたら、相対論を拡張する必要はありません。
遠くの銀河の赤方偏移が無限大に達する地点はちょうどブラックホールの事象の地平線に相当する場所なのです。その場所が光速で遠ざかっていると考えなくてもすみます。
事象の地平線より先はもうここからは見えません。まさに地球の地平線と同じなのです


E.いかがでしょうか

私は若い頃この考えを思いついて以来、ずっとそう考えて来ました。
物理学者になろうと思ったこともあります。この考えを方程式を使って説明できたら、と思ったのです。
もちろん無理でした。

でも、どう考えても間違っていないと思うのです。

詳しい方のご意見がありましたら、お返事をお待ちしています。


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なお、このアイデアの所有権は私にあります。
このアイデアを流用する時はかならず出典を記載して下さい。
2015年7月30日



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