この宇宙の基本的な観測(cè)事実として、空のどの方向を見ても、銀河系の外には似たような宇宙が拡がっているというものがある。光速が有限のため、宇宙では遠(yuǎn)くを見ることは過去を見ることである。
したがって、遠(yuǎn)方の銀河ほど過去の銀河であり、過去にさかのぼるほど、タイムマシンのように銀河の進(jìn)化を逆にたどることになって、現(xiàn)在の銀河とは性質(zhì)の異なる銀河が見えてくる。一般的には、形成途上の小さい銀河や、形の不規(guī)則な銀河が増える。

這個(gè)宇宙有一個(gè)基本的觀測(cè)事實(shí)。那就是從天空中任何一個(gè)方向望去，銀河系以外宇宙各處都是非常相似的。因?yàn)楣馑偈怯邢薜?，所以觀測(cè)宇宙的遠(yuǎn)方和觀測(cè)過去是一樣的。
因此，遠(yuǎn)方的星系是過去的星系。沿著過去追溯，就像乘坐時(shí)間機(jī)器反過來看星系的進(jìn)化一樣，就可以觀測(cè)到和現(xiàn)在的星系性質(zhì)完全不同的星系。一般來說就意味著正在形成的小星系和形態(tài)不規(guī)則的星系增加。

また、宇宙の膨張速度も宇宙史の中で一定ではない。そのため、「ほかの銀河が我々の銀河から離れていく速度は、我々からの距離に比例する」というハッブル?ルメートルの法則も、距離と後退速度の関係が単純な比例関係からずれていく。逆にそれを用いて、宇宙の膨張史を知ることができる。
有名な、宇宙の現(xiàn)在の年齢が138億年というのは、この膨張史や、その他のさまざまな観測(cè)、そして『爆発する宇宙』で説明している理論的な物理法則を組み合わせてはじき出されたものである。

同時(shí)，宇宙的膨脹速度在宇宙史中也并非是一定的。因此，其它星系遠(yuǎn)離我們的星系的速度和彼此之間距離是成正比的。這個(gè)哈勃·勒梅特定律中距離和后退速度的關(guān)系并非是單純的正比關(guān)系。反過來應(yīng)用這個(gè)，就可以知道宇宙的膨脹史。
有名的就是認(rèn)為宇宙現(xiàn)在的年齡為138億年的說法。這個(gè)膨脹史是通過各種各樣的觀測(cè)，以及宇宙大爆炸理論等理論物理理論的結(jié)合來解釋的。

宇宙誕生後1億年ぐらいから最初の星や銀河ができるといわれている。そして、すばる望遠(yuǎn)鏡やハッブル宇宙望遠(yuǎn)鏡など最先端の大望遠(yuǎn)鏡の活躍で、宇宙誕生後、わずか數(shù)億年頃の原始銀河が実際に捉えられている。
つまり、宇宙誕生後數(shù)億年から138億年まで、宇宙史のほぼすべてにわたる期間での銀河の形成と進(jìn)化が、人類によってすでに直接観測(cè)されているのである。
だが、人類が直接観測(cè)している最古の宇宙時(shí)代となると、実はこれを遙かにさかのぼる。それは宇宙誕生後38萬年という時(shí)代である。

宇宙誕生后一億年左右最初的恒星和星系誕生了。然后，通過昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡和哈勃宇宙望遠(yuǎn)鏡等最先進(jìn)的大型望遠(yuǎn)鏡的活躍，實(shí)際上波捉到了宇宙誕生后僅僅數(shù)億年時(shí)候原始星系的情況。
也就是說，宇宙在誕生后數(shù)億年到138億年為止，幾乎占據(jù)宇宙史全部的時(shí)間，人類都能直接觀測(cè)星系的形成和進(jìn)化。
不過人類可以直接觀測(cè)最古老的宇宙時(shí)代實(shí)際上還能繼續(xù)往前推，達(dá)到了宇宙誕生后38萬年的時(shí)代。

宇宙が超高溫の火の玉で誕生した時(shí)に満ちていた光(電磁波)のなれの果てが、今も宇宙を満たしている。宇宙マイクロ波背景放射と呼ばれる電波である。背景放射とは、日中の空が青く光っているように、空全體がぼうっと光っているものをいう。
世の中の物質(zhì)は膨張すると冷卻するという性質(zhì)があり、宇宙そのものもまた例外ではない。かつての超高溫は、現(xiàn)在では絶対溫度で2.7K(ケルビン)という超低溫になっている。
そして物質(zhì)はその溫度に対応した波長(zhǎng)の電磁波を放つ。表面溫度6000Kの太陽は我々の目に感じる可視光線を放つが、2.7Kという超低溫の物質(zhì)が放つ電磁波はずっと波長(zhǎng)が長(zhǎng)く、無線や攜帯電話で使われる電波の一種であるマイクロ波になる。

宇宙在超高溫的火球中誕生時(shí)充斥的光（電磁波）的終焉，現(xiàn)在依然充滿著宇宙。這就是被稱為宇宙微波背景輻射的電波。背景輻射正如正午天空發(fā)出藍(lán)色光一樣，點(diǎn)亮這太空全體。
世界上的物質(zhì)有著膨脹后冷卻的性質(zhì)，宇宙本身也不例外。過去的超高溫，現(xiàn)在則變?yōu)?.7K這樣的超低溫。
物質(zhì)會(huì)按照自身的溫度放射對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波。表面溫度6000K的太陽可以放出我們眼睛能看到的可見光。2.7k的超低溫物質(zhì)放出得到電磁波波長(zhǎng)更長(zhǎng)，是和無線通信以及手機(jī)中使用的微波的一種。

宇宙誕生後38萬年というのは、宇宙の溫度が3000Kほどに下がって、それまでバラバラだった水素原子核と電子が結(jié)合して水素原子となった時(shí)期である。それより前は、光は電子によって散亂されてまっすぐに進(jìn)めなかった。電子が水素原子に束縛されたことで、光はまっすぐに進(jìn)めるようになる。このときからまっすぐ伝搬して我々に屆いているのが、宇宙マイクロ波背景放射である。
そしてこの背景放射の強(qiáng)度は、空のどの方向を見てもまったく同じである。より正確にいえば、わずか10萬分の1ほどのゆらぎがあり、それがいずれ銀河や銀河団といった天體を生み出すタネになるのだが、ここではそれは重要ではない。

宇宙誕生38萬年后，宇宙的溫度降低到了3000K。這個(gè)時(shí)期，之前還獨(dú)立維持的氫原子核和電子發(fā)生結(jié)合成為了氫原子。在這之前，光線因?yàn)殡娮拥臄_亂，無法筆直前進(jìn)。從這個(gè)時(shí)候開始傳遞到我們現(xiàn)在的就是宇宙微波背景輻射。
這個(gè)背景輻射的強(qiáng)度在太空中不管從哪個(gè)方向看都是完全一致的。更加正確來說，只有10萬分之1的偏差。正是這點(diǎn)擾動(dòng)產(chǎn)生了星系和星系團(tuán)這樣的天體，不過在這里這點(diǎn)并不重要。

これら膨大な観測(cè)データに裏打ちされた確固たる観測(cè)事実が意味するところは明らかだ。そう、我々が原理的に観測(cè)可能な、半徑464億光年の球の中は、どの場(chǎng)所も同じ物理的性質(zhì)を持っているのだ。どの方向を見ても同じような宇宙が拡がっており、遠(yuǎn)くの宇宙が我々の近傍と異なるのは、過去にさかのぼって見えるということだけである。
もちろん、銀河のスケールで見れば、宇宙の性質(zhì)は場(chǎng)所ごとに異なる。銀河の中には星が密集している一方で、銀河と銀河の間にはごく薄い銀河間ガスしかない。そして數(shù)千個(gè)もの銀河が集まった銀河団という巨大構(gòu)造がある一方、ほとんど銀河が見つからないボイドと呼ばれる領(lǐng)域もある。これを宇宙の大規(guī)模構(gòu)造と呼んでいる。

從這些龐大的觀測(cè)數(shù)據(jù)中可以證明一個(gè)明確的觀測(cè)事實(shí)，我們?cè)谠瓌t上可以觀測(cè)的就是半徑464億光年的球體中，不管哪個(gè)地方都有著同樣的物理性質(zhì)。不管從哪個(gè)方向來看，宇宙都是一樣膨脹的。遠(yuǎn)處的宇宙和我們身邊的宇宙不同僅僅是因?yàn)橛^測(cè)的時(shí)間差異而已。
當(dāng)然，以星系尺度來看，宇宙性質(zhì)根據(jù)地方不同不一樣。星系中恒星密集，另一方面星系和星系中間卻只有非常稀薄的星系塵埃。一方面有著數(shù)千星系集中在一起的星系團(tuán)這樣巨大的構(gòu)造，另一方面也有幾乎所有星系都無法發(fā)現(xiàn)的真空區(qū)域。這被稱為宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。

だが、銀河団より大きなスケールで宇宙をならしてみると、我々が観測(cè)する宇宙は驚くほど、どこまでも同じように拡がっているのである。
これを3次元空間から次元を一つ落として、地球表面の2次元世界でたとえるならば、大海原を航海する船を考えるとよい。船から海を見ると、何の陸地も見えず、細(xì)かな波の凹凸を除けば、水平線まで平らな海が延々と拡がっている。宇宙とは、ある意味、恐ろしく単調(diào)で退屈なものであるといえるかもしれない。

不過對(duì)比比星系更加巨大的宇宙，我們觀測(cè)的宇宙令人正經(jīng)不管在哪個(gè)方向都在膨脹。
如果從三維空間去掉一個(gè)維度，將其比作地球表面這樣的二維世界，可以看作在大海上航行的船舶。從船舶上來看海洋，無法看到任何陸地，除了細(xì)微的波浪起伏，平坦的海洋一直延伸到水平線。宇宙某種意義上說不定就是如此單調(diào)和無聊。

「爆発」から宇宙の膨張を見てみると
それでは、宇宙膨張を『爆発する宇宙』のテーマである爆発という観點(diǎn)から見つめ直してみよう。
我々が一般的に思い描く爆発現(xiàn)象では、まず、爆発を引き起こすエネルギーの発生がある。このエネルギーは時(shí)間的に突然発生し、そして空間の中で局所的に、よりわかりやすくいえば一箇所に集中して発生する。発生したエネルギーは爆発中心領(lǐng)域において熱エネルギーなどに転化し、そして熱エネルギーは圧力の源泉となる。この圧力によって中心領(lǐng)域は膨張を始める。

從大爆炸來看宇宙的膨脹
那么就從宇宙大爆炸這個(gè)主題中爆炸的視點(diǎn)來重新審視宇宙膨脹吧。
我們一般描繪的爆炸現(xiàn)象中，首先需要有引發(fā)爆炸的能量。這個(gè)能量是在某個(gè)時(shí)間突然發(fā)生，在空間的局部，簡(jiǎn)單來說就是集中到一點(diǎn)上爆發(fā)的。爆發(fā)的能量在爆炸的中心轉(zhuǎn)化為熱量，然后熱量將會(huì)稱為壓力得到源泉。這個(gè)壓力將會(huì)推動(dòng)中心領(lǐng)域的膨脹。

膨張するということは、爆発領(lǐng)域の內(nèi)部のエネルギーが膨張する物質(zhì)の運(yùn)動(dòng)エネルギーに転化するということである。エネルギーは保存しなければならないから、必然的に內(nèi)部のエネルギーは消費(fèi)されて低下する。內(nèi)部のエネルギーは主に熱エネルギーであるから、これは結(jié)局、膨張物質(zhì)の溫度が低下することになる。
こうして爆発が起きてしばらくすると、爆発を生み出したエネルギーの大部分が、飛び散る物質(zhì)の運(yùn)動(dòng)エネルギーになる。この飛び散った物質(zhì)が周囲の物質(zhì)に衝突したときに、周囲のものを壊したり、今度は逆に運(yùn)動(dòng)エネルギーが熱エネルギーに転化したりといったことが起きる。こうして、周囲にいるものはその爆発が起きたことを認(rèn)識(shí)し、それによる影響を被ることになるのである。

膨脹即是爆炸領(lǐng)域內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化為膨脹物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)能量。能量是無法保存的，內(nèi)能一定會(huì)被消耗，然后減少。內(nèi)能主要是熱能，所以最終結(jié)果膨脹的物質(zhì)溫度一定會(huì)降低。
這樣在爆炸爆發(fā)一段時(shí)間后，爆炸孕育的能量大部分都成為了飛散物質(zhì)的動(dòng)能。飛散物質(zhì)和周圍物質(zhì)發(fā)生碰撞的時(shí)候，就會(huì)破壞周圍的東西。這次又會(huì)再次將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。然后周圍的人們就會(huì)認(rèn)識(shí)到爆炸的發(fā)生，然后遭受爆炸的影響。

この観點(diǎn)であらためて宇宙の膨張を見てみると、最初のエネルギーの発生による爆発の開始はビッグバン宇宙の誕生であり、その後の宇宙の膨張は、そのエネルギーが運(yùn)動(dòng)エネルギーに転化したために物質(zhì)が飛び散っている狀態(tài)といえる。
そして最初に與えられたエネルギーが運(yùn)動(dòng)エネルギーに転化するために、爆発の中の物質(zhì)の溫度は低下するはずである。宇宙は超高溫のビッグバンで誕生したはずなのに、宇宙マイクロ波背景放射の溫度が絶対溫度で2.7Kという超低溫になっているのは、まさにこのためである。

從這個(gè)觀點(diǎn)再次審視宇宙膨脹的話，最開始能量爆發(fā)的開端就是大爆炸宇宙的誕生。之后宇宙的膨脹就是能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的結(jié)果，可以說是物質(zhì)飛散的狀態(tài)。
然后為了讓最初的能量可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，爆炸中心的物質(zhì)溫度一定是極低的。宇宙明明是超高溫的大爆炸中誕生的，但是宇宙微波背景輻射的溫度卻是絕對(duì)零度相近的2.7K的超低溫。這正是因?yàn)檫@個(gè)原因。

だが、宇宙の膨張が通常の爆発と大きく異なる點(diǎn)がある。普通の爆発は空間のどこか一點(diǎn)で局所的に起きて、その影響が周囲に伝わる。
しかし宇宙の膨張はそうではない。宇宙の膨張は、我々が認(rèn)識(shí)できるかぎりの広い3次元空間において、どの點(diǎn)も同じように膨張しているところにユニークな特徴がある。局所的ではない、いわば大局的?全體的な爆発といえばよいだろうか。これはつまるところ、飛び散っていった爆発物が周囲のものにぶつかって影響を及ぼすといったことが起きないことを意味している。

不過宇宙的膨脹和通常的爆炸有很大的不同點(diǎn)。通常的爆炸是從空間的某一點(diǎn)局部發(fā)生的，然后將影響傳播到周圍。
宇宙的膨脹就不同了。宇宙的膨脹時(shí)我們認(rèn)識(shí)的三維空間中任何地方都以同樣方式膨脹的。有著這樣獨(dú)特的特征。并非是局部，而可以說是全局·全體的爆炸。這意味著在所有的地方，飛散的爆炸物并不會(huì)和周圍物質(zhì)碰撞然后發(fā)生影響。
原創(chuàng)翻譯：龍騰網(wǎng) http://nxnpts.cn 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處


先述したように、この「一様な宇宙」は少なくとも、我々が見通せる464億光年先より遙か遠(yuǎn)方まで拡がっていることは確実である。だが、それがどこまで続くのか、無限に拡がっているのか、あるいは極めて大きなスケールで見れば、物質(zhì)や空間の拡がりに果てがあるのか、それは殘念ながら今の科學(xué)の知識(shí)では答えられない。
もし後者であるならば、ビッグバンで爆発膨張している我々の宇宙が周囲の別の物質(zhì)にぶつかったりして影響を及ぼすということがあり得るかもしれない。だが、我々がそのような現(xiàn)象を直接目撃することは不可能であろう。

正如前文所述，這個(gè)同質(zhì)化的宇宙無疑比我們可以觀測(cè)的464億光年的宇宙擴(kuò)展到了更遠(yuǎn)的地方。不過這到底持續(xù)到多遠(yuǎn)，是否是無限延展，或者在極大的尺度上來看，物質(zhì)和空間是否有邊界，這些問題很遺憾現(xiàn)在的科學(xué)知識(shí)是無法回答的。
如果是后者的話，通過大爆炸的膨脹我們的宇宙撞向其它物質(zhì)的可能性也是存在的。不過我們是無法直接觀察這樣的現(xiàn)象的。