静的宇宙

宇宙論において、静的宇宙（静止宇宙、無限宇宙、静的無限宇宙、静的永遠宇宙とも呼ばれる）は、宇宙が空間的にも時間的にも無限であり、空間が膨張も収縮もしない宇宙論モデルである。このような宇宙にはいわゆる空間曲率がなく、つまり「平坦」またはユークリッド的である。^{[要出典] [要説明]静的無限宇宙は、イギリスの天文学者}トーマス・ディッグス（1546–1595）によって初めて提唱された。 ^[1]

このモデルとは対照的に、アルバート・アインシュタインは、1917 年に論文「一般相対性理論における宇宙論的考察」の中で、時間的には無限だが空間的には有限であるモデル、つまり静的な永遠の宇宙を、自らの好む宇宙論として提唱しました。

アメリカの天文学者ヴェスト・スライファーとエドウィン・ハッブルが赤方偏移と距離の関係（銀河の明るさと赤方偏移の逆相関から推定）を発見した後、ベルギーの天体物理学者で司祭のジョルジュ・ルメートルは、赤方偏移を宇宙膨張の証拠、つまりビッグバンの証拠と解釈した。一方、スイスの天文学者フリッツ・ツビッキーは、赤方偏移は光子が銀河間空間の物質や力を通過する際にエネルギーを失うことによって起こると提唱した。ツビッキーの提唱は「疲れた光」と呼ばれるようになったが、これはビッグバンの主要な支持者であるリチャード・トールマンが考案した用語である。

1917年、アルバート・アインシュタインは、一般相対性理論の方程式に正の宇宙定数を加え、通常の物質に対する重力の引力効果を打ち消しました。そうしないと、静的で空間的に有限な宇宙が永久に収縮または膨張することになります。^{[2] [3] [4]この宇宙モデルは、アインシュタインの世界または}アインシュタインの静的宇宙 として知られるようになりました。

この動機は、天体物理学者でローマカトリックの司祭であるジョルジュ・ルメートルが、宇宙は静止しているのではなく膨張しているようだと提唱したことで終わった。エドウィン・ハッブルは、天文学者ヴェスト・スリファーの観測データを研究し、赤方偏移と距離の関係を確認した。これは、ルメートルが提唱した現代の膨張パラダイムの基礎となった。ジョージ・ガモフによると、このことがアインシュタインに、この宇宙論モデル、特に宇宙定数の導入を「最大の失策」と宣言させたという。^[1]

アインシュタインの静的宇宙は閉じており（つまり、超球面位相と正の空間曲率を持ち）、均一な塵と、正確に の値が である正の宇宙定数を含みます。ここではニュートンの重力定数、は宇宙の物質のエネルギー密度、は光速です。アインシュタインの宇宙の空間の曲率半径は に等しいです。 ${\displaystyle \Lambda _{E}=4\pi G\rho /c^{2}}$${\displaystyle G}$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle c}$

${\displaystyle R_{E}=\Lambda _{E}^{-1/2}={c \over {\sqrt {4\pi G\rho }}}.}$

アインシュタイン宇宙は、密度、宇宙定数 、曲率半径を持つ塵に対するアインシュタイン場の方程式に対するフリードマンの解の 1 つです。これは、フリードマン方程式に対する唯一の非自明な静的解です。^[要出典]${\displaystyle \rho }$${\displaystyle \Lambda _{E}}$${\displaystyle R_{E}}$

アインシュタインの宇宙は、すぐに本質的に不安定であると認識されたため、宇宙の実行可能なモデルとしては放棄されました。宇宙定数、物質密度、または空間曲率の値のわずかな変化により、宇宙が永遠に膨張して加速するか、特異点に再崩壊するかのいずれかになるという意味で、不安定です。

アインシュタインが宇宙定数を放棄し、膨張宇宙のフリードマン・ルメートルモデルを採用した後、^[5] 20世紀のほとんどの物理学者は宇宙定数はゼロであると仮定しました。もしそうなら（他の形の暗黒エネルギーがなければ）、宇宙の膨張は減速しているはずです。しかし、 1998年にソール・パールマッター、ブライアン・P・シュミット、アダム・G・リースが加速膨張宇宙の理論を提唱した後、正の宇宙定数が暗黒エネルギーの簡単な説明として復活しました。

1976年、アーヴィング・シーガルは彼の時間測定宇宙論において静的宇宙を復活させた。ズウィッキーと同様に、彼も遠方の銀河の赤方偏移は宇宙の曲率によるものだと主張した。彼は天文学的データによってその正当性が証明されたと主張したが、他の人々はその結果が決定的ではないと考えている。^[6]

静的な無限宇宙モデルが実現可能であるためには、次の 3 つのことを説明する必要があります。

まず、銀河間の赤方偏移を説明する必要があります。次に、宇宙マイクロ波背景放射を説明する必要があります。そして、恒星のプロセスで物質がエネルギーに変換されることで宇宙が徐々に「衰退」するのを避けるために、放射線やその他の発生源から物質（特に水素原子）を再生成するメカニズムが必要です。^{[7] [8]このようなメカニズムがなければ、宇宙は}ブラックホールや黒色矮星などの死んだ物体で構成されることになります。

• ミルンモデル
• 定常状態理論
• プラズマ宇宙論

1. ^ ジョージ・ガモフの自伝『わが世界線』（1970年）の中で、彼はアインシュタインについてこう述べている。「ずっと後になって、私がアインシュタインと宇宙論の問題を議論していたとき、彼は宇宙論という用語の導入が生涯最大の失敗だったと述べた。」