内山茂男
現在までに観測されているもっとも遠くの銀河は130億光年以上の彼方だそうです。よくこの「130億光年の距離」のように簡単に言われます。 でも、よく考えてみると、これがよくわかりません。
宇宙は膨張しているのです。この宇宙がインフレーションやビッグバンにより誕生してから138億年と言われていますので、この130億年間に宇宙の大きさはものすごく大きくなり、
その銀河までの距離もすごく遠くなったはずです。
「銀河まで130億光年の距離」とは、いつの距離なんでしょう？ 現在の距離はどれだけなんでしょう？
例えば、シリウスまでの距離は8.6光年だそうです。シリウスを出た光が地球に届くまでの8.6年間における宇宙の膨張はほんのわずかですし、同じ銀河系の中なので、 宇宙膨張の影響を考えなくてよいでしょう。また、シリウスにも固有運動があるでしょうが、恒星の固有運動は光の速さに比べたら3～4桁小さいでしょうから、 8.6年間の固有運動は有効数字2桁に影響するほどの運動ではないでしょう。ですから、「シリウスまでの距離が8.6光年」という表現で問題ありません。 でも、130億光年となると、シリウスのようにはいきません。
しばしば、「130億光年の彼方から来た光、すなわち130億年前の光です」のようなことも聞きます。ということは、「130億光年の距離」というは、 「今、届いた光は130億光年の距離を進んできた」ということのようです。ということは、次の図のようになるのでしょうか？
この図の通りだとすると、光は130億年前の銀河の位置から現在の銀河系までの距離を進んだことになります。 相手の銀河と我々の銀河系の中間点を原点、130億年前の銀河系の位置を x1 , 現在の銀河系の位置を x2 と置きましょう。 すると、相手の銀河の位置は、130億年前が－x1, 現在の位置が－x2 ということになります。 すると次の関係が成り立ちます。
光が進んだ距離が 130億光年だから、
x1 + x2 = 130億光年 …①
138億年前には2つの銀河が原点Oに集まるのだから、仮に宇宙膨張が一定のペース
v だとすると、
v = x1 ÷ 8億年
= x2 ÷ 138億年 …②
①②より、 x1 = 7.1億光年、
x2 = 122.9億光年
したがって、光が銀河を出た130億年前の距離は 2x1 = 14.2億光年、
現在の距離は 2x2 = 245.8億光年、
平均の距離は130億光年、ということになります。
ということは、130億光年の距離というのは、130億年間の「中間の65億年前の距離」ということになります。でも、こんな議論でいいのでしょうか？？？
この議論は、「宇宙は2つの銀河の中間を中心に膨張」し、「絶対的な空間を光が伝わってくる」という仮定の下での議論です。
しかし、宇宙原理によれば「宇宙は一様等方」で、「中心はない」のです。したがって、我々の銀河を止めて考えても構わないのです。
でも、そうすると、下の図のような関係になり、130億光年が“130億年前における銀河から銀河系までの距離”ということになり、現在の距離は
130億光年 ÷ 8億年 × 138億年 = 2243 億光年
となってしまい、最初の例と全く違う値になってしまいます。これは明らかにおかしいです。
この議論も「絶対的な空間を光が伝わってくる」という仮定の下での議論ですから、そこに問題がありそうです。
相対性理論によると“誰から見ても光速度は同じ”で、そうなるように次のようなことが起こります （という解説をいろいろなところで見ます）。
時間の進み方は誰にでも共通ではなく、運動していたり、重力が強かったりすると変わるわけです。 ということは、“宇宙誕生以来138億年”という時間は、宇宙内で共通ではないということでしょう。 地球から見て138億年ということでしょうか？ 宇宙内のほとんどの所でほぼ138億年とみなしてよいのでしょうか？ でも、130億光年の彼方と比べると、宇宙膨張の相対速度は光の速さと比較できるレベルですから、時間の進みが異なる効果も無視できないのではないでしょうか？ また、速く動く物体が縮む効果もあり、これも無視できないような気がします。
ということで、時間も距離もなんだかわけがわからなくなってしまいました。相対性理論をしっかり勉強すればはっきりするのでしょうが、私にはちょっと荷が重い・・・。
この文章は、私の所属する“さいたま☆天文同好会”の会報「まがたま」105号 （2019年 1月発行）に掲載したものを、一部書き直したものです。
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