地平線と因果構造

宇宙の有限な年齢と膨張は、光が到達できる距離を制限し、観測者にとって影響を与えたり見えたりする領域を境界づける宇宙論的地平線を形成します。

Definition

宇宙論的地平線とは、膨張する宇宙における因果的接触の限界を指します。素粒子地平線は、宇宙の始まり以来、光が観測者に到達できた最大距離であり、事象の地平線は、将来的に光が観測者に到達する事象の最大距離です。

Scope

このトピックでは、宇宙の始まり以来光が到達した距離によって設定される観測可能な宇宙の境界である素粒子地平線、加速する宇宙で私たちが観測できる事象を制限する宇宙事象の地平線、ハッブル半径、膨張するロバートソン-ウォーカー時空の因果構造、そして宇宙インフレーションの動機となった地平線問題を扱います。

Core questions

• 任意の時点で観測可能な宇宙の大きさを決定するものは何ですか？
• 素粒子地平線と事象の地平線はどのように異なりますか？
• 宇宙マイクロ波背景放射の均一性が地平線問題を引き起こすのはなぜですか？

Key concepts

• 素粒子地平線
• 事象の地平線
• ハッブル半径
• 観測可能な宇宙
• 因果的接触
• 地平線問題

Key theories

素粒子地平線と事象の地平線

膨張の歴史にわたる光の経路を積分することで、現在観測可能な宇宙の端である素粒子地平線と、加速する宇宙においては、将来の事象が決して見えなくなる事象の地平線が定義されます。これらはいずれも有限な年齢と膨張のために有限です。

地平線問題

再結合時に素粒子地平線よりも広く隔てられた空の領域は信号を交換できなかったはずですが、宇宙マイクロ波背景放射はそれらの領域全体で均一です。これは、宇宙インフレーションが解決するために導入された謎です。

Clinical relevance

地平線は、宇宙論が観測できるものを定義し、深遠な謎を提起します。素粒子地平線は、すべての宇宙論的測定で使用される観測可能な宇宙を境界づけ、地平線問題と関連する平坦性問題は、ごく初期の宇宙のインフレーション理論の主要な動機となっています。

History

リンドラーは1956年に異なる宇宙論的地平線を明確にし、命名しました。それらが露呈した地平線問題、すなわち因果的に切断された領域がなぜ同じ温度を共有するのかという問題は、1981年にガスが宇宙インフレーションを提案し、これらの領域に共通の因果的過去を与えることで、中心的な動機となりました。

Key figures

• Wolfgang Rindler
• Alan Guth
• Georges Lemaitre

Seminal works

• rindler1956
• weinberg2008

Frequently asked questions

観測可能な宇宙は全宇宙と同じですか？

いいえ。観測可能な宇宙は、光が私たちに到達できた最も遠い距離である素粒子地平線によって境界づけられています。宇宙はほぼ確実にそれをはるかに超えて広がっており、無限である可能性もありますが、これらの領域は今のところ私たちにとって因果的にアクセスできません。

地平線問題とは何ですか、そしてインフレーションはそれをどのように解決しますか？

標準的な膨張の下では因果的に接触したことがないにもかかわらず、空の広く離れた部分が同じ温度を持っています。インフレーションは、これらの領域を事前に因果的に接触させた加速膨張の短い初期時代を提案し、それらの均一性を説明します。