コペルニクス原理

物理宇宙論において、コペルニクス原理は、人間は宇宙の特権的な観察者ではなく、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と述べている。^{[ 1 ]}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運動論を修正した宇宙論的拡張から生じる作業仮説である。^{[ 2 ]}

ヘルマン・ボンディは20世紀半ばにこの原理をコペルニクスにちなんで名付けたが、原理自体は、地球を宇宙の中心に置くプトレマイオス体系からの16世紀から17世紀のパラダイムシフトに遡る。コペルニクスは、惑星の運動は、地球中心説とは対照的に、太陽が中心に位置し静止しているという仮定を参照することで説明できると提唱した。彼は、惑星の見かけ上の逆行運動は、コペルニクスモデルが宇宙の中心に置く太陽の周りを地球が運動することによって生じる錯覚であると主張した。コペルニクス自身は、主に以前の体系に対する技術的な不満によって動機づけられており、いかなる凡庸さの原理を支持するためではなかった。^{[ 3 ]}

コペルニクスの地動説は、プトレマイオスの天動説における地球の中心的な役割を「格下げ」したものとよく言われるが、この新しい視点を採用したのは、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。地球の中心位置は「最も低く、最も汚れた部分」にあると解釈されていた。しかし、ガリレオが述べたように、地球は「宇宙の汚れや一時的なものが集まる溜め」ではなく、「星々の舞踏」の一部なのである。^{[ 4 ] [ 5 ]} 20世紀後半、カール・セーガンは「私たちは何者なのか？私たちは、宇宙の忘れられた片隅にひっそりと佇む銀河の中の、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。宇宙には、人間の数よりもはるかに多くの銀河が存在する。」と問いかけた。^{[ 6 ]}

コペルニクス原理は、地球中心説、太陽中心説、銀河中心説など、人間が宇宙の中心にいるとする過去の仮定を否定することから導き出されたものであるが、単に人間が宇宙の中心ではないと述べるだけの非中心説よりも強い。コペルニクス原理は非中心説を前提とし、地球からの人間の観察や観測は、宇宙の平均的な位置からの観測を代表するものであると述べている。マイケル・ローワン＝ロビンソンは、コペルニクス原理を現代思想の閾値テストとして強調し、「人類史のコペルニクス以降の時代において、十分な知識と理性を備えた人間は、地球が宇宙の中で特別な位置を占めているとは考えられないことは明らかである」と断言している。^{[ 7 ]}

現代の宇宙論のほとんどは、宇宙原理が最大スケールではほぼ真であるが、完全に真ではないという仮定に基づいている。コペルニクス原理は、観測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る。コペルニクス原理を仮定し、地球の視点から見て宇宙が等方的、つまりあらゆる方向で同じに見えることを観測すると、宇宙は一般的にあらゆる場所で（任意の時点で）均質、つまり同じであり、任意の点に関しても等方的であると推論できる。これら2つの条件が宇宙原理を構成する。^{[ 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、巨大な空洞のスケールまで不均一または不均一な構造を持っていることを観測している。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、宇宙はより大きなスケールで観測されるにつれてますます均質で等方的になり、約2億6000万パーセクを超えるスケールでは検出可能な構造はほとんどないと予測されている。^{[ 8 ]}しかし、銀河団[ ^{9 ] [ 10 ]}、クエーサー^{[ 11 ]}、Ia型超新星^{[ 12 ]からの最近の証拠は、}大きなスケールでは等方性が破れていることを示唆している。さらに、クロウズ・カンプサーノLQG、スローン・グレートウォール^{[ 13 ]}、U1.11、ヒュージLQG、ヘルクレス・コロナ・ボレアリス・グレートウォール[14]、ジャイアントアーク^{[ 15 ]}、ローカルホール^{[ 16 ]}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られている可能性を示唆している。

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系統的な変化が見られます。例えば、遠方では銀河には若い星が多く、密集度が低く、クエーサーの数も多くなります。コペルニクス原理を仮定すると、これは宇宙が時間とともに進化してきた証拠となります。この遠方からの光は、地球に到達するまでに宇宙の年齢のほとんどを要しており、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の確率で等方性を示します。

ボンディとトーマス・ゴールドは、コペルニクス原理を用いて、宇宙は時間的にも均質であり、定常宇宙論の基礎となる完全な宇宙論原理を主張した。^{[ 17 ]}しかし、これは先に述べた宇宙進化の証拠と強く矛盾する。宇宙はビッグバン時の極めて異なる状態から進展しており、特にダークエネルギーの影響が増大するにつれて、極めて異なる状態へと進展し続け、ビッグフリーズまたはビッグリップへと向かうとみられる。

1990年代以降、この用語は（「コペルニクス法」とほぼ同義で）進行中の出来事の継続期間に関するJ・リチャード・ゴットのベイズ推論に基づく予測、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きた。

コペルニクス原理はこれまで証明されたことはなく、最も一般的な意味では証明することはできないが、多くの現代物理学理論に暗黙のうちに含まれている。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出されることが多く、これらのモデルの多くの検証は、コペルニクス原理の検証とみなすことができる。^{[ 18 ]}

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原理を前提としている。一部の宇宙論学者や理論物理学者は、観測結果の値を制約するため、ラムダCDMモデルにおける既知の特定の問題に対処するため、そして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、宇宙論原理やコペルニクス原理を用いないモデルを作成してきた。

この文脈における顕著な例は、観測された加速膨張宇宙と宇宙定数をモデル化する不均一宇宙論である。不均一宇宙論モデルは、現在受け入れられているダークエネルギーの概念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一であると提案している。たとえば、太陽系は極めて大きな低密度の空洞の中にある。^{[ 32 ]}観測結果に合わせるには、太陽系はこの空洞の中心に非常に近い位置にある必要があり、これはコペルニクス原理と即座に矛盾する。

宇宙論におけるビッグバンモデルは、赤方偏移観測と併せてコペルニクス原理から導き出されたと言われることがあるが、宇宙マイクロ波背景放射、原始ガス雲、銀河の構造、進化、分布といったものが、コペルニクス原理とは無関係にビッグバンを支持する証拠を提供しているため、コペルニクス原理が存在しない場合でもビッグバンモデルは有効であると考えることができる。しかし、宇宙の膨張といったビッグバンモデルの主要な原則は、コペルニクス原理や観測から導き出されたものではなく、コペルニクス原理に似た仮定そのものとなっている。