地学Ⅰ›宇宙

宇宙の膨張とビッグバン

Expanding Universe & Big Bang

宇宙は膨張している
🎈 風船の例え
①風船の表面に点を打って膨らませる — すべての点が互いに離れる
②どの点から見ても他が遠ざかるように見える
③これが宇宙膨張!空間自体が伸びている
宇宙膨張の可視化
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💡 主要な観察
①スケールファクターを上げると全ての銀河が観測者から遠ざかる
②遠い銀河ほど速く遠ざかる(矢印が長い)
③これがハッブルの法則の核心:距離に比例する後退速度
ハッブルの法則
ハッブルの法則
v = H₀d
後退速度(v)= ハッブル定数(H₀) × 距離(d) — 遠いほど速く後退
赤方偏移
z = Δλ / λ₀ = v / c
遠ざかる銀河の光 → 波長が伸びる(赤方偏移)→ 後退速度測定
🔴 赤方偏移で距離測定
①近づく救急車のサイレン:高い音 → 低い音(ドップラー効果)
②遠ざかる銀河の光も同様 — 波長が伸び赤く見える
③赤方偏移が大きいほど速く後退 → より遠い銀河
ビッグバン宇宙論
ビッグバン宇宙論の核心
約138億年前·超高温·超高密度の一点から大爆発 → 膨張中
ビッグバン後に宇宙が膨張·冷却 → 現在の宇宙
ビッグバンの3大証拠
①ハッブルの法則(宇宙膨張) ②宇宙背景放射(2.7K) ③水素:ヘリウム = 3:1
これら3つの観測結果はビッグバン理論でのみ説明可能
📡 宇宙背景放射(CMB)
①ビッグバン後約38万年 — 宇宙が十分に冷えて光が直進可能に
②その時の光が宇宙膨張でマイクロ波となり全方向から観測
③温度:約2.7K — 1965年ペンジアスとウィルソンが偶然発見
総まとめ
宇宙膨張·ビッグバンの核心
v = H₀d(ハッブルの法則)/ ビッグバン → 膨張 → 現在の宇宙
赤方偏移で後退速度を測定·距離と比例 → 宇宙膨張の証拠
🎯 試験ポイント
①ハッブルの法則:v = H₀d — 後退速度は距離に比例
②赤方偏移:遠ざかる銀河 → 波長が伸びる(赤側へ)
③ビッグバン3大証拠:宇宙膨張·CMB(2.7K)·水素:ヘリウム ≈ 3:1
④宇宙背景放射:ビッグバン後38万年の光·全方向で均一
④宇宙の年齢:約138億年(ハッブル定数から推定)