質問: 観測可能な宇宙には、中心や端がありますので、宇宙原理は論理破綻しているということになりませんか? それを宇宙には観測不可能な領域があるからといって、宇宙の形が三次元閉多様体なんだと決め付けて、宇宙には中心や端が無いと言うのはあまりにも非科学的です。 それどころか、宇宙の観測不可能な領域は、無限なんだと主張する輩まで居ますが、宇宙が無限であるという証拠は何一つ無いです。 例えば、宇宙のことを何も知らない人に、「宇宙の形を想像して書いてみて下さい?」と言ったとします。 そうしたら、雲のような形をしている宇宙とか、宇宙の端に壁があるような宇宙を描くことが容易に想像が付きます。 または、丸い形をした宇宙を描く人も居るかも知れませんが、三次元球面の内部に銀河があって、中心や端が有る画像を描くと思います。 つまり、観測不可能な宇宙の形と似たような宇宙の形を描く人は居ても、三次元閉多様体を描く人は居ないでしょう。 もしも、宇宙の果てがわかれば、宇宙の形がわかりますので、必然的に宇宙の中心もわかります。 それなのに、宇宙に中心や端が有るという考え方は間違っていて、宇宙に中心や端が無いという考え方が正しいというのは、不条理な横暴です。 観測不可能な領域がある以上は、宇宙に中心や端が有る可能性は決してゼロではありませんし、宇宙に中心や端が無いという証拠は何一つ無いですので、宇宙原理は論理破綻していると思いますが、私の考え方に何処か間違っているところはありますか?
回答: まず、観測可能な宇宙について、観測しているのは地球に住む我々ですから、当然地球が中心であり、地球から観測できる限界が端です。それと宇宙原理は矛盾しません。 観測されている天体の分布は、もちろん星とそう出ない場所とか、銀河とそう出ない場所とか、小さいスケールでは物質が密集した場所と疎な場所がありますが、数千万光年のスケールで平均すれば、どこも大体同じとみなせることが分かっています。さらに、宇宙背景放射(= ビッグバンの頃から宇宙を浮浪してきた光)がどの方向を観測してもほとんど一様であることも分かっています。 これらの観測事実から、宇宙はどの場所も等質であり、等方的であるのでは無いかという考え方(宇宙原理)が提唱されています。現在の宇宙論の多くはこの原理を採用しています。もちろん、仰るように、観測可能な宇宙の外側も内側と同じように一様等方である根拠はありませんから、現在の宇宙論が観測可能な宇宙の外側にも適用できる保証はありません。 観測可能な宇宙について、宇宙の年齢は138億年なので、仮に138億年前に点Aから放射された光が今地球に届いたとき、この点Aが観測可能な宇宙の端(の一部)ということになります。宇宙は点Aの向こう側にも広がっていると考えられています。 これは例えると、地平線です。我々は普通、(建物や山がないとすれば)地面は平面だと思います。いくら遠くを見ても、地平線までの地面しか見ることができません。しかしその奥にも地球は広がっています。 この段階では、我々は地球が丸いのか、ずっと平面なのか、判断できません。これが今の宇宙論の状態です。宇宙原理が観測可能な宇宙の外でも成り立っていることを仮定した場合、なお数学的には(相対論的には)無限に続いているような形の宇宙も、一方が反対側に繋がっているような閉じた宇宙の可能性も考えることができます。 例えば2次元球面の中心は定義できません。あるいは無限に平面が広がっていたら、どの場所も中心であり、また中心ではありません。このような形を宇宙の4次元時空間についても色々と考えることができます。 地球の場合は、例えば地平線をよく見れば、曲線を描いていることに気づく人もいるかもしれません。また、正確に測地すれば(日本地図を描けば)、日本の形を平面上に描くのは無理なので、地球は球体だ!とか、観測的に地球が平面である可能性を否定することが可能です。 観測可能な宇宙に対して、そういった観測をして、宇宙がどんな幾何学なのかを特定しようとしているのが、現在の宇宙論の最新研究だと思います。おっしゃる通り、現在の段階では、この形だ!と決めつけられる訳ではありません。 相対論によると、宇宙の幾何学は物質の量によって変わるため、宇宙全体にある物質の量を推定することが直近の課題です。この流れで、ダークマターやダークエネルギーなど様々な説が飛び交っています。 上で述べたように、これらの話は、宇宙原理が観測可能な宇宙の外でも成り立っていると仮定した場合の話です。もちろん、観測可能な宇宙の外では物質の平均密度が違うかもしれませんし、宇宙の真の果てがあるかもしれません。 まとめると次の通りです。 ・観測可能な宇宙は当然、観測する場所が中心であり、観測可能な限界が端。 ・観測可能な宇宙の範囲では、一様等方性は成り立っている。 ・観測可能な宇宙の外でも一様等方か(宇宙原理が成り立っているか)は誰にも分からないし、相対論が正しければ確かめる方法も思い浮かばない。 ・よって観測可能な宇宙の外にも宇宙原理を当てはめるのが自然な方法であり、現在の多くの宇宙論はそれを拠り所にしている(もちろんそうじゃない理論が将来有力になる可能性は否定できない。) ・宇宙原理を仮定しても、宇宙全体の形は様々な可能性があり、そのどれが正しいかを見極めるのが最新の研究(まだ確実にどの形と言える訳では無い)。