宇宙論～宇宙の始まりと終わり～

電子制御工学科３年 藤井紀子

1.はじめに

(http://www.tsuyama-ct.ac.jp/dekigoto/dekigoto201509.htm)

9/18の天体観測会の様子 岡山県井原市の美星天文台(http://www.okayamania.com/spot/love/bisei.htm)多田 将 （1970～）

(http://karapaia.livedoor.biz/archives/51331690.html)

(http://www.amazon.co.jp/%E3%81%99%E3%81%94%E3%81%84%E5%AE%87%E5%AE%99%E8%AC%9B%E7%BE%A9-%E5%A4%9A%E7%94%B0%E5%B0%86/dp/4781609910)

2.ビッグバン理論

ジョージ・ガモフ（1904～1968） ビッグバンの様子(http://transparent.zazou.jp/?eid=894795)

(http://blog.miraikan.jst.go.jp/topics/20140320post-474.html)

有力とされる理由（1つ目）

アインシュタイン方程式を宇宙全体に適応するときの疑問を解決できる。

重力だけがはたらく宇宙 重力がはたらき、膨張する宇宙

宇宙空間

有力とされる理由（2つ目）

赤方偏移の原因を説明できる

赤方偏移(https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B5%A4%E6%96%B9%E5%81%8F%E7%A7%BB#/media/File:Redshift.svg)

ビッグバン理論の問題点

1.地平線問題

2.平坦性問題

3.モノポール問題

地平線問題

• 宇宙全体の温度が均一になりすぎているという問題

→最高温度の部分と最低温度の部分の差は約10万分の1

WMAP(https://ja.wikipedia.org/wiki/WMAP#/media/File:Ilc_9yr_moll4096.png)

平坦性問題

•宇宙が異常に平坦であるという問題。

•宇宙の密度と臨界密度との関係

宇宙密度＞臨界密度 → 収縮する

宇宙密度＜臨界密度 → 膨張し続ける

宇宙密度＝臨界密度 → 平坦な状態

•臨界密度

[g/cm-3]

モノポール問題

•宇宙初期に大量に作られたモノポールが何故盛んに発見されないのかという問題。

mono ・・・ 一つの pole ・・・ 極⇒モノポール ・・・ 磁気単極子

⇕磁気双極子

S

モノポールとは

（水）

（氷）

欠陥A B

ビッグバン理論の問題点

1.地平線問題

2.平坦性問題

3.モノポール問題

インフレーション理論

インフレーション理論

• 誕生したての宇宙が一瞬にして光速度を超える速さで膨張したという理論。

• 宇宙の膨張速度は誕生してから現在まで常に同じという仮定を否定。

• ビッグバン理論そのものは改変せずに、3つの問題を解決することが出来る。

(インフレーション～現在)佐藤勝彦（1945～）

(http://www.ipmu.jp/ja/node/670)(http://blog.miraikan.jst.go.jp/topics/20140320post-474.html)

ビッグバン理論問題の解決

• 地平線問題

→最初の宇宙は粒子の運動によって全体の温度が均一になっており、一気に膨張したため温度が均一。

インフレーション

ビッグバン理論問題の解決

•平坦性問題

→空間が急激に膨張したため我々が観測できるスケールでは平坦になった。

インフレーション

ビッグバン理論問題の解決

• モノポール問題

→初期に単結晶に近い状態で固まり、宇宙が一気に膨張したため、地球より遠くにあり発見されない。

（初期） （ビッグバン） （現在）

3.宇宙終了説

1.閉じた宇宙としての終わり方

2.開いた宇宙としての終わり方

閉じた宇宙としての終わり方

• 宇宙の膨張が止まって収縮が始まり、最後は宇宙自体が潰れる終わり方

ビッグハルト（宇宙が最大の大きさまで膨張）

↓

収縮（銀河、ブラックホールが合体）

↓

ビッグクランチ（宇宙自体が潰れる）

（閉じた宇宙の終わり方)(https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%93%E3%83%83%E3%82%B0%E3%82%AF%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%83%81#/media/File:Big_crunch.png)

（閉じた宇宙 臨界密度＜宇宙密度)(http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q14106626904)

開いた宇宙としての終わり方

• 宇宙が永遠に膨張し続けて最終的には空虚な空間を電子やニュートリノなどの少数の粒子が飛び交う状態になる終わり方

（閉じた宇宙 臨界密度＞宇宙密度）

（100億年後）

(http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q14106626904)

4.重力波

• 巨大質量をもつ天体が光速に近い速度で運動するときに強く発生する。

• 2015年9月14日にアメリカのLIGOの2台の検出器で重力波を観測

ルイジアナ州リビングストン

ワシントン州ハンフォード

約３０００km

(http://www.apprez.com/studyabroad/usa.html)

5.まとめ

• 多田将(2013)『すごい宇宙講義』ナツメ社 p144-217

• 二間瀬敏史(2011)『宇宙の始まりと終わり』p112-115、p172-179

• 「理科年表オフィシャルサイト」

＜https://www.rikanenpyo.jp/FAQ/tenmon/faq_ten_008.html＞ (2015/9/19)

• 「科学コミュニケータブログ」

＜http://blog.miraikan.jst.go.jp/topics/20140320post-474.html＞ (2015/9/19)

• 「wikipedia ビッグクランチ」

＜https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/Big_crunch.png＞

(2015/9/19)

• 「アインシュタイン予言の重力波初観測 宇宙創成の謎解明に有力手掛かり」

＜http://www.huffingtonpost.jp/science-portal/albert-einstein_b_9233688.html＞

6.参考文献