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【第4部】宇宙のメカニズムを解き明かそう!  

1部では、異説相対論で説明する並進慣性系の光と相対運動の関係を説明し【解説1】、①黒色星とクエーサー②高エネルギー宇宙線UHECRの仮説を提唱しました。

2部では、異説相対論を理論的に説明し、ローレンツ変換やアインシュタイン相対論の適用限界が光速のおよそ1/10の速度域に限られることを示しました。異説相対論によると③時間は観測者によらず共通のものであり、宇宙は無限の時を経て現在に至り、宇宙も無限の広さを持つことを説明しました。第3部では、回転慣性系の光伝達のメカニズムを解明し、④アインシュタイン相対論では成り立たないGPS相対性を異説相対論では成り立つことを示しました。この理論を恒星からの光伝達に適用すると、⑤定説のアインシュタイン相対論では説明できない、赤方偏移とそのばらつきを説明が可能なこと、を示しました。そして、⑥宇宙の星たちは我々が見ている方向に、必ずしもそれぞれの星があるわけではなく、星たちとの距離や運動と地球の公転周期の関係から星が見える方向と赤方偏移の度合いが決まっていること、を示しました。さらに、⑦可視宇宙で観測される宇宙の出来事は光時間の伸び縮みによって、実際に普遍宇宙でおこっている物理現象と異なって観測されることを明らかにしました。最終回の第4部ではこれらの考察をさらに進めて「異説:宇宙のメカニズム」を展開したいと思います。



■光時間とは何か?

まずは外の景色を眺めてください【解説2】。

部屋の中の景色でもかまいません。遠くのものと近くのものでは、異なる時刻の出来事を見ていることに気がつきましたか?私たちが今見ている景色は同時に起こっている景色ではなく、私たちの目に入るのが同時の景色です。遠くの景色は時間をかけて、近くの景色は時間をかけずに目に入ってきます。それぞれ異なる時刻の出来事が集まって景色を形成していることがわかりますよね。これが夜空の星になるともっと極端になり、ある星は数年前の、またある星は、数万年前の光を見ていることになります。これは冷静に考えると当たり前のことではありますが、このことから「同時刻の現実を見ること」は物理的な意味では原則的に不可能であるということがわかります。つまり、景色や夜空を構成するそれぞれの時間経過は異なり、発光した、または、反射した光が観測者の目に入るのが同時の、観測者にとって固有のものであるということが明らかです。見ている人が異なれば異なる景色になります。ここで、仮に二人の観測者が同じ位置で景色を見ることができたとしてもこの二人が相対運動をしていれば、景色は変わることがわかりました。これが光時間の意味です。原則的にとした理由は、第2回で説明した光時間計測装置を用いた仮想物理実験の場合のみ同時の現象を見ることができるのであり、現実の社会では難しいということであります。つまり相対運動は観測者にとっては可視空間の視覚的な変化、時間経過の変化をもたらすことがわかりました。こうした見かけの変化はさまざまな相対運動によりきわめて多彩であることが分かっています。当連載ではその一部を紹介させていただきました。



■相対運動による力学現象の見かけの変化

異なる慣性系の相対運動を観測すると、光時間が変化することによって見かけ上、力学現象も変化したかのように見えることがわかりました。たとえば、高速で向かってくる慣性系内での等加速度運動を観測すると光時間が進むので見かけより早く加速して見えることになります。見かけの加速度が速くなると見かけの質量は減少して見えます。逆に高速で離れていく慣性系内での等加速度運動を観測すると見かけの加速度は小さく見えます。見かけの加速度が小さくなると、見かけの質量は増加して見えます。この見かけの質量の増減は、回転慣性系においても当てはまります。直交条件では、アインシュタイン相対論の質量増加に一致します。アインシュタイン相対論では質量が増加するという結論であるのに対し、異説相対論では直交条件の時にはあたかも質量が増加したかのように見える、つまり、見かけの質量増加が観測できるわけであります。しかし、実際の質量は増加しません。

  ここで等加速度運動の代わりに等速運動を観測する場合を考えてみましょう。高速で向かってくる慣性系内で生じている等速運動を観測すると、光時間が進むので見かけより早い速度で観測されることになります。見かけの速度が速くなるのです。逆に高速で離れていく慣性系内では見かけの速度が遅くなるのです。つまり相対運動を伴うと見かけの力学現象は異なって観測されます。相対運動による空間の拡縮に伴い、周波数の増減や波長の拡縮が観測され、速度や加速度の見かけの増減を引き起こします。これは、宇宙の観測結果にもきわめて重大な影響を及ぼすと考えられます。高速や低速で回転したり運動したりという観測結果は、光時間の変化率で補正しなければニュートン力学を適用してはいけないということが明らかであります。観測結果にそのままニュートン力学を適用すると、質量や速度、加速度は実際とはかけ離れたものになると考えられます。これらはすべてが、見かけの現象になっていることに注意しなければならないのです。我々が見たり、観測したりしているのは可視宇宙、または、見かけの宇宙の現象であってこれらに直接、物理法則を適用してはいけないということです。普遍宇宙の出来事に対して物理法則を適用しなければいけないのです。ダークマター(暗黒物質)と呼ばれている謎の質量やエネルギーが宇宙には多量に存在すると予測されています。しかしその観測はできていません。このダークマターも銀河の回転運動の観測結果から存在するであろうと推測されているのですが、異説相対論では見かけの現象であることも十分に考えられます。光時間の変化を考慮してからダークマターの存在の議論をしたほうが良さそうです。この光時間の変化や見かけの現象を把握しておくこと、つまり普遍宇宙での現象を把握することが、さまざまな天体の質量の同定や距離の同定に大きな役割を果たすと考えられます。



■普遍宇宙と可視宇宙(見かけの宇宙)

2部では、宇宙は無限の広さを持ち無限の時を経て現在に至っていると述べました。もしそうであれば、はるかかなたから太古の光が地球に到達し、夜空は明るくなってもよいはずです。しかし、夜空は暗い。この疑問に対して、私は第1部で述べた黒色星や超高エネルギー宇宙線UHECRのメカニズムが夜空の暗さに深くかかわっていると考えています。地球から見て相対速度が光速を超えた天体や素粒子が暗黒の幕を形成し、夜空を形成しているのではないかと考えています。したがって、別の天体や別の惑星に行けば別の夜空、別の宇宙が広がっているのだろうと思っています。これも地球から見た可視宇宙、つまり見かけの現象であって、夜空の暗さと絶対温度2.73Kの宇宙背景放射のメカニズムではないかと思っています。夜空の暗さや黒色星、クエーサー、重力レンズと銀河の形状【解説3】や銀河の運動など、見かけの世界はわれわれの夜空の世界を形づくっているようであります(図4)。



この考えからすると、宇宙には無数の天体(慣性系)が存在するので、それぞれの慣性系ごとにそれぞれの見かけの宇宙が存在するようです。しかし、実在する宇宙は唯一のものであります(図5)。

この実在する宇宙が「普遍宇宙」なのです。しかし、だれもこの普遍宇宙を見ることはできません。神のみぞ知ることができるのです。この、「普遍宇宙」を知るためには、観測結果と数値シミュレーションを組み合わせて、こつこつと探るしかないと思います。いわゆる逆問題を解くことに他なりません。これができて初めて人類は宇宙の微細な構造の一部を垣間見ることができるようになるのだと思います。




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