コペルニクスの原理

物理宇宙論におけるコペルニクス原理は、人間は宇宙の特権的な観測者ではないこと、^[1]地球からの観測は宇宙の平均的な位置からの観測を代表するものであることを述べています。コペルニクスの地動説にちなんで名付けられたこの原理は、コペルニクスの地球が動くという議論を修正した宇宙論的拡張から生じた作業仮説です。 ^[2]

ヘルマン・ボンディは20世紀半ばにコペルニクスにちなんでこの原理を名付けたが、原理自体は、地球を宇宙の中心とするプトレマイオス体系からのパラダイムシフトが起こった16～17世紀に遡る。コペルニクスは、太陽が宇宙の中心にあり静止しているという仮定を参照することで惑星の運動を説明できると提唱した。これは、天動説とは対照的である。彼は、惑星の見かけ上の逆行運動は、コペルニクスのモデルでは宇宙の中心とされている太陽の周りを地球が回っていることによって引き起こされる錯覚であると主張した。コペルニクス自身は、以前の体系に対する技術的な不満が主な動機であり、凡庸な原理を支持していたわけではない。^[3]

コペルニクスの太陽中心説は、プトレマイオスの天動説における地球の中心的役割から「降格」したとよく言われるが、この新しい見方を採用したのは、コペルニクスの後継者、特に16世紀のジョルダーノ・ブルーノであった。地球の中心的位置は、「最も低くて汚い部分」にあると解釈されていた。ガリレオが言ったように、地球は「宇宙の汚物と一時的なものが集まる溜め場」ではなく、「星のダンス」の一部である。^{[4] [5]} 20世紀後半、カール・セーガンは「私たちは何者か？ 宇宙の忘れられた片隅に隠れた銀河の中に埋もれた、平凡な星の取るに足らない惑星に住んでいることに気づく。その宇宙には、人間よりもはるかに多くの銀河がある。」と問いかけた。^[6]

コペルニクス原理は、人間が宇宙の中心にあるとする地動説、地動説、銀河中心説などの過去の仮定を否定して導き出されたものであるが、人間は宇宙の中心ではないとだけ述べる無中心説よりも強力である。コペルニクス原理は無中心説を前提とし、また、地球からの人間の観察者または観察は、宇宙の平均的な位置からの観察を代表するとも述べている。マイケル・ローワン・ロビンソンは、現代思想の閾値テストとしてコペルニクス原理を強調し、「人類史のコペルニクス以後の時代において、十分な知識を持ち理性的な人間であれば、地球が宇宙で独自の位置を占めていると想像することはできないことは明らかである」と主張している。^[7]

現代の宇宙論のほとんどは、宇宙論的原理が最大規模ではほぼ正しいが、完全に正しいわけではないという仮定に基づいています。コペルニクスの原理は、観察と組み合わせることでこれを正当化するために必要な、還元不可能な哲学的仮定を表しています。コペルニクスの原理を仮定し、地球から見ると宇宙がすべての方向で等方性または同じに見えることを観察すると、宇宙は一般的にどこでも均質または同じであり（任意の時点で）、任意の点に関しても等方性であると推測できます。これら2つの条件が宇宙論的原理を構成します。^[7]

実際には、天文学者は、宇宙が銀河超銀河団、フィラメント、大ボイドの規模に至るまで、不均質または不均一な構造を持っていることを観測しています。現代の宇宙論の主流モデルである現在のラムダCDMモデルでは、観測規模が大きくなるにつれて宇宙はますます均質で等方性になっていくと予測されており、約2億6000万パーセクを超える規模ではほとんど構造が検出されません。^[8]しかし、銀河団、^{[9] [10]}クエーサー、^[11]およびIa型超新星^[12]からの最近の証拠は、等方性が大規模に破れていることを示唆しています。さらに、クロウズ・キャンパスノLQG、スローン万里の長城^[13]、U1.11、巨大LQG、ヘラクレス・コロナ・ボレアリス万里の長城^[14]、ジャイアントアーク^[15]など、さまざまな大規模構造が発見されており、これらはすべて均質性が破れる可能性があることを示唆しています。

観測可能な宇宙の半径に匹敵するスケールでは、地球からの距離に応じて体系的な変化が見られます。たとえば、距離が離れるほど、銀河には若い星が多く含まれ、密集度が低くなり、クエーサーの数が多くなります。コペルニクスの原理を前提とすると、これは時間とともに宇宙が進化していることの証拠になります。この遠方からの光は、宇宙の年齢のほとんどをかけて地球に到達しており、宇宙が若かった頃の様子を示しています。最も遠方からの光である宇宙マイクロ波背景放射は、少なくとも 1000 分の 1 は等方性です。

ボンディとトーマス・ゴールドはコペルニクスの原理を用いて、宇宙は時間的にも均質であり、定常宇宙論の基礎であると主張する完全な宇宙論的原理を主張した。^[16]しかし、これは前述の宇宙進化の証拠と強く矛盾する。宇宙はビッグバンの時点で極めて異なる状態から進化しており、特にダークエネルギーの増大する影響下で、明らかにビッグフリーズまたはビッグリップに向かって極めて異なる状態へと進化し続けるだろう。

1990 年代以降、この用語は (「コペルニクス法」と互換的に) J. リチャード ゴットのベイズ推定に基づく進行中の出来事の継続期間の予測、つまり終末論の一般化バージョンを指すために使用されています。^{[説明が必要]}

コペルニクス原理は証明されたことがなく、最も一般的な意味では証明できないが、多くの現代物理学の理論に暗黙的に含まれている。宇宙論モデルは、コペルニクス原理よりもやや一般的な宇宙論原理を参照して導き出されることが多く、これらのモデルの多くのテストはコペルニクス原理のテストと見なすことができる。^[17]

コペルニクス原理という用語が作られる前から、地球、太陽系、天の川がそれぞれ宇宙の中心にあるとする天動説、地動説、銀河中心説などの過去の仮説は誤りであることが示されていました。コペルニクス的転回により、地球は太陽の周りを回る多くの惑星のうちの1つに過ぎなくなりました。固有運動はハレーによって言及されました。ウィリアム・ハーシェルは、太陽系が円盤状の天の川銀河内を空間を移動していることを発見しました。エドウィン・ハッブルは、天の川銀河は宇宙にある多くの銀河のうちの1つに過ぎないことを示しました。宇宙における銀河の位置と運動の調査は、ビッグバン理論と現代宇宙論全体につながりました。

宇宙論およびコペルニクスの原理に関連する最近のテストおよび計画中のテストには次のものがあります。

• 宇宙の赤方偏移の時間ドリフト^[18]
• 宇宙マイクロ波背景放射（CMB）光子の反射を用いた局所重力ポテンシャルのモデル化^[19]
• 超新星の明るさの赤方偏移依存性^[20]
• 暗黒エネルギーと関連した運動学的スニヤエフ・ゼルドビッチ効果^[21]
• 宇宙ニュートリノ背景理論; ^[22]
• 統合サックス・ウルフ効果^[23]
• CMBの等方性と均一性をテストする。^{[24] [25] [26] [27] [28]}
• 一部の著者は、 KBCボイドは宇宙論的原理、ひいてはコペルニクスの原理に違反していると主張している。 ^{[29]しかし、他の著者はKBCボイドは}宇宙論的原理とコペルニクスの原理と一致していると主張している。^[30]

宇宙論の標準モデルであるラムダCDMモデルは、コペルニクス原理とより一般的な宇宙論的原理を前提としています。一部の宇宙論者と理論物理学者は、観測結果の値を制限し、ラムダCDMモデルの特定の既知の問題に対処し、現在のモデルと他の可能性のあるモデルを区別するためのテストを提案するために、宇宙論的原理またはコペルニクス原理のないモデルを作成しました。

この文脈における顕著な例は、観測された加速宇宙と宇宙定数をモデル化する非均質宇宙論である。このモデルは、現在受け入れられているダークエネルギーの考えを使用する代わりに、宇宙は現在想定されているよりもはるかに不均質であり、代わりに我々は非常に大きな低密度の空洞の中にいると提案している。^[31]観測と一致させるには、この空洞の中心に非常に近づく必要があり、コペルニクスの原理と直ちに矛盾する。

宇宙論におけるビッグバンモデルは、赤方偏移の観測と併せてコペルニクス原理から派生したと言われることもあるが、宇宙マイクロ波背景、原始ガス雲、銀河の構造、進化、分布はすべて、コペルニクス原理とは独立してビッグバンを支持する証拠を提供するため、コペルニクス原理がなくてもビッグバンモデルは有効であると想定することができる。しかし、宇宙の膨張など、ビッグバンモデルの重要な教義は、コペルニクス原理や観測から派生したものではなく、コペルニクス原理に似た仮定そのものになっている。