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宇宙の始まり [ RES ] takashi 2007/01/06(土) 20:38 ビッグバンと言う大爆発によって初めて宇宙が誕生したという説はいまや誰もが知っていることのように感じますが、何もないところからいきなり何かが爆発して宇宙ができた。というのはどうも納得がいきません。例えるなら「火のないところに煙はたたぬ」でしょうか。何もないところで何もないはずなのに何かが爆発するというのはどうも矛盾している気がするのですが、どうなんでしょうか？

Re:宇宙の始まり ねこんた 2007/01/06(土) 21:06 そうですね　私は宇宙論の専門家ではありませんが、「世の中にタダで手に入る物はない」というように宇宙だって無から始まったと考えるのは無理がありますね。 というわけで　現在の考え方には二通りあるようです。 １．宇宙はタダで手に入った 　　宇宙は完全に無から生まれたとする説です。量子力学的には、極微細な空間では因果律が破綻しているようです。時間の前後とか空間の位置関係などがあいまいになっているのだそうです。因果律が破綻していれば、原因があって結果が生まれるという関係が成り立たなくてもよいので、無から何かが生じても特に問題はないのだそうです。とはいえ巨視的にみればエネルギー保存則が成り立っているのが普通の世界ですが、極微をみれば無からエネルギーが生まれ、そのエネルギーは極短時間に無に帰っていきます。しかしそれより短い時間のうちに膨張してしまえば、もう無に帰れなくなって宇宙ができたということなのだそうです。 マルチスペースという考え方では、宇宙はあちこちで無限に生まれたり消えたりしているのですが、互いに連絡することは不可能なので気がつかないだけで、他の宇宙の入り口は我々からみると素粒子に見えるということなのだそうです。 ２．宇宙は無限の過去から存在する 　ビッグバンの直前　宇宙はハゲドーン温度とよばれる超高温だったそうです。それは現在の宇宙の前の宇宙がビッグクランチ（大崩壊）で素粒子より小さく収縮した結果だというのです。現在の宇宙は、前の宇宙の収縮に対する反動でできあがったとする説です。とはいえ前の宇宙がどんなだったかとか、今の宇宙が将来収縮に転じるのかどうかなど　なにもわかっていません。 Re:宇宙の始まり ねこんた 2007/01/06(土) 21:12 われわれが見ることのできる宇宙は、１０次元だか１１次元だかの素粒子の一部がたまたま膨張した表面だということのようですね。 まあ　私もこういう話は好きですが、数学ができなければ所詮アナロジーでしか語れないので、なんとなくイメージでしか語れないのが残念です。

宇宙の温度 [ RES ] MA 2006/12/16(土) 13:45 宇宙の温度は3Ｋ（ケルビン）＝-270℃位と云われますが、 何故0Ｋではないのでしょうか？ また太陽やその他の恒星から熱が出ているはずなのに、何故こんなに低いのでしょうか？ 例えば太陽の近くは相当に高い温度のはずなのに、3Ｋとは宇宙のどこの温度なのでしょうか？

Re:宇宙の温度 ねこんた 2006/12/16(土) 17:14 現在の宇宙で熱を発生する物体は恒星だけです。もちろん他にもあるかもしれません（銀河同士の衝突など）がそのエネルギーは恒星全体のエネルギーには及びません。 太陽は普通の恒星ですが、中心の温度は1000万K以上です。しかし表面になると6000Kまで低下します。地球付近（太陽から１AU）で300K程度　土星（太陽から10AU）まで遠ざかると約100K程度になります。隣の恒星まででも数万AUもあり宇宙はとてつもなく広いので、恒星の熱エネルギー程度では宇宙を暖めることはできません。つまりゼロKに限りなく近くなります。ライターとライターの間が数キロメートルもあるのに１個のライターじゃ周囲数センチくらいしか暖かくならないようなものです。（夜空の星はたくさん見えているのに星の光で暖をとるのは無理ですよね） 宇宙の温度とは宇宙全体の平均温度です。もし銀河と銀河のほとんどなにもないような空間（これが一番多い部分です、１立方メートルに水素原子１個くらいしかない真空）に物体を置いたときの温度です。 ではなぜ３Kなのかというと、宇宙は約１３６億年前にビッグバンという火の玉状態の時期がありました。宇宙膨張によって火の玉のエネルギーは拡散してだんだん冷えましたが、まだ３Kの余熱が残っていると考えるのが正解です。 ビッグバンは、宇宙が誕生したとき急激なインフレーション膨張がおき、ごく短時間（ほとんど瞬間）に宇宙が何兆倍の何兆倍も膨張しました。このとき真空の相転移というものがおこって、大量のエネルギーが放出されたことを言います。その後膨張速度は鈍りましたがそれでも１３６億年も膨張し続ければ温度が低下します。（最近はまた加速しているらしいですね） 黒体輻射：温度の高い物体の放出する電磁波（波長の短い順に　ガンマ線、Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線、電波　すべて電磁波です）の波長は短い　という法則があります。宇宙初期はものすごく波長の短い電磁波を放出しているはずです。 １３６億光年先を見れば当時の熱い宇宙が見えるはずです。宇宙の背景放射というのはこれを観測しています。ただしその熱い宇宙も宇宙の膨張速度が遠距離ではほとんど光速に近くなるのでドップラー効果によって波長が伸びて３Ｋの電波として観測されます。これは宇宙の現在の温度を測っているのと同じことになります。 Re:宇宙の温度 MA 2006/12/17(日) 00:44 物凄く解り易い解説ありがとうございました！！ Re:宇宙の温度 MA 2006/12/28(木) 14:07 ビッグバン以降、宇宙は冷え始め今や3Ｋの極寒の空間となってしまったようですが、 時間を遡れば温暖な時期もあったと思います。 例えば、46億年前に地球が出来た頃は何Ｋだったのでしょうか？ 温度が求められる計算式はあるのでしょうか？ Re:宇宙の温度 ねこんた 2006/12/29(金) 00:12 >温度が求められる計算式はあるのでしょうか？ あると思いますよ。背景放射の波長（＝３Ｋ）は、もともとルメートルという人によって予言されていた数値です。それをほぼ予測取りの雑音を発見したわけですからね。 その式は　私は知りませんが、少し調べてみます。明日まで待ってください・・・とはいえ、自宅にいて調べられるかどうかは自信なしです。 Re:宇宙の温度 ねこんた 2006/12/29(金) 10:55 自分で少し考えてみて　ちょっと　？　と思うことがありました。 時間がかかりそうです。それと背景放射を予言したのはガモフ、アルファー、ハーマンでした。 どの方向を見ても３Ｋ放射が観測される。 ３Ｋ放射はドップラー効果によって出現する であれば、宇宙の膨張速度が変化しないと仮定すれば、50億年前でも３Ｋになるからです。 これは直感と矛盾するので私もよく考えてみますね。 何が言いたいかというと、太陽表面は６０００Ｋです。この太陽の光を集めても６０００Ｋ以上の温度を作り出すことはできません。太陽光の波長が変わらないからです。 同様に背景放射は、宇宙ができて30万年後くらいの晴れ上がり時の光（３０００Ｋ程度）を観測するのですから、観測者（我々）から見て膨張速度が変化しなければ（仮定ですがほぼ正しい）ドップラー効果によって生じた波長の伸びは同じで、50億年前でも現在でも３Ｋだろうと考えられます。 こうなると宇宙が晴れ上がった瞬間から宇宙温度は３Ｋになってしまいます。（ひょっとするとそれが正しいかもと思っています。３０００Ｋから一瞬で３Ｋに下がったということ） あまり深く考えたことがなかったので、答えがわかるかどうかわかりませんが・・・来年までの宿題になりそうですね。 Re:宇宙の温度 ねこんた 2006/12/29(金) 18:00 公式を見つけました。 プランクの公式とレイリー・ジーンズの公式から宇宙の背景放射が導かれます。 これには時間に関する項がないので、宇宙は晴れ上がった瞬間に一気に温度が下がったということになります。 温度Ｔの黒体輻射のエネルギースペクトルは振動数ν　放射強度Ｆvとして　光速ｃとして プランクの公式 Ｆv＝（（２ｈν^2）／ｃ^2）×（１／（ｅ^(hν/ｋT）−１） ｈ：プランク常数＝6.625×10^-27　erg.s ｋ：ボルツマン常数＝1.38×10^-18 erg/K これによって ν＝6.0×10^18T　Hz（ヘルツ） が得られます レイリー・ジーンズの公式 Ｆv＝（２ν^2／ｃ^2）×ｋT これを解いて放射強度を求めてから温度Ｔを求めます。 実際にやってみるとT＝３に近い数値になるようです。掲示板では式を上手く書けないので限界があります。ｅ^(hν/ｋT）は自然対数の底ｅの（hν/ｋT）乗です。 νはギリシャ文字の　ニュー　で　ｈｖは　ハーニュー　と発音したりします。 Re:宇宙の温度 MA 2006/12/29(金) 23:22 3000Kから一気に3Ｋになってしまったとすると、宇宙全体が生命の活動（人間のような）に適した温暖な時期というのは無かった事になりますね。 恒星からのエネルギーを頼りにしないでも、惑星に生命が進化できるような時期があったのかなと思ったのです。 今では氷の塊のようになってしまっている惑星は、ある時期は温暖な宇宙の気候に恵まれて、恒星からの熱が届かなくても生命が栄えていた！と思いたかったのですが。。。 Re:宇宙の温度 ねこんた 2006/12/30(土) 21:49 >恒星からのエネルギーを頼りにしないでも、惑星に生命が進化できるような時期があったのかなと思ったのです。 なるほどね、ビッグバンを認めるとそういう可能性はなくなりますね。 余談ですが お亡くなりになったフレッド・ホイルという人は定常宇宙論（宇宙は無限の過去からあるという考え方、膨張は認めています）を提唱していた人ですが、彼の書いた「暗黒星雲」というＳＦ小説は、暗黒星雲自体が１個の生命体というお話です。暗黒星雲がどうして生命体に進化したのかは書かれていませんが、宇宙が無限の過去から存在すればそんなこともあるのかもしれませんね。 ホイルは「ビッグバン」という言葉を発明したり「パンスペルミア説」を説いたりした人でもあります。３Ｋ放射の発見で彼の説は忘れ去られましたが、人間原理を使って炭素の合成を説明するなどすばらしい業績を上げた人です。・・・ノーベル賞から漏れたのは彼の性格にあるらしいです。

惑星の公転周期 [ RES ] シホ 2006/12/25(月) 22:23 はじめまして。誰かがされた質問なのですが、式が良く分からずこんがらがってしまいます；宿題で多分私が当てられるので困っています。 　冥王星の外側、太陽から約61.2778天文単位の距離に地球の３倍の質量を持つ太陽系１０番目の惑星が発見されました。 　第１０惑星は、地球と同じ公転面をほぼ円軌道で公転しています。 　地球の質量を５．９７４×１０の２４乗ｋｇ、公転周期を３６５．２４２２日として、この惑星の公転周期を求めなさい。答えは小数第1位まで求めなさい。 よろしくおねがいします；

Re:惑星の公転周期 ねこんた 2006/12/25(月) 23:59 これはどこかで見た問題ですね・・・ここでも他所のサイト（それも複数）でも多分全く同じ質問をされているひとがいたと思います。多分同じ先生が同じ問題をいろいろなところで出しているのでしょう。（どこの先生か教えて欲しいものですね） ケプラーの第３法則を使えば簡単に解けますよ。地球の質量も惑星の質量も関係ありません。 模範解答例 ケプラーの第３法則を適用して問題を解く ケプラーの第３法則　公転周期Ｔ　平均距離ａ　とすると （Ｔ＾２）／（ａ＾３）＝ｋ　　公転周期の２乗を平均距離の３乗で割ると定数ｋとなる Ｔを年　ａをＡＵ（天文単位）で書けば　ｋ＝１　となる Ｔ＝√（ａ＾３）＝√（61.2778^3）＝√230096.225468334952＝479.6834638・・・ ＝479.6年 日に直すと 479.6834638×365.2422＝175200.64・・・＝175200.6日 なお冥王星が9番目の惑星から外されたので、この問題を出した先生は修正してないんですね。古いテキスト使ってますなぁｗ Re:惑星の公転周期 ねこんた 2006/12/26(火) 00:01 必ず自分で検算してください それとケプラーの法則はこういった授業では必須なので　その場しのぎではなく理解して欲しいと思います。

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