宇宙論と天体物理学
ビッグバン模型とハッブルの法則
宇宙膨張モデルを調べ、銀河までの距離 d と視点を変えて後退速度・赤方偏移を測定します。ハッブル–ルメートルの法則 と中心のない膨張の意味を確かめます。
器具
- 銀河を含む膨張宇宙の3Dモデル
- 距離 d (Mpc)・視点のスライダー
- 後退速度・赤方偏移の読み値と一時停止ボタン
手順
距離に対する後退速度を測る
「距離 d (Mpc)」を1から10へ動かし対応する後退速度を読みます。v を d に対して描くと原点を通る直線に乗り、その傾きがハッブル定数 です。 を記録します。
視点を変える：中心のない膨張
「視点」でモデル内の別の銀河に「観測者」を置きます。どの銀河から見ても他の銀河はすべて遠ざかります。空間の膨張に中心はなく、膨らむ風船表面の点に似ています。
膨張の徴候としての赤方偏移
いくつかの距離で赤方偏移 z を読み、 と後退速度を結び付けます（v ≪ c の領域）。光子は膨張する空間と共に「引き伸ばされる」と説明します。これは宇宙論的赤方偏移で、静止空間中の運動のドップラー効果とは少し違います。
過去と遠方限界を予測する
測定した傾きから「膨張年齢」 を推定します（H₀ ≈ 70 km/s/Mpc → 約140億年）。予測します。v = H₀d が全 d で成り立てば、十分遠い銀河は光速を超えて後退します。空間自体の膨張なので有効です。観測可能な地平を議論します。
シミュレーション
実験の歴史
1927年、ベルギーの司祭で物理学者のジョルジュ・ルメートルはアインシュタイン方程式から膨張宇宙を導き、当時のデータで膨張率を推定しました。独立に1929年、エドウィン・ハッブルはケフェイド距離とミルトン・ヒューマソンのスペクトルにより「星雲」の赤方偏移–距離の線形関係を公表しました。ハッブル–ルメートルの法則（H₀ ~ 500 km/s/Mpc、較正不良で過大）です。
ルメートルは1931年に「原始原子」を提案——ビッグバンの萌芽。ガモフ、アルファー、ハーマンは約5 Kの残光を予言（1948年）し、ペンジアスとウィルソンが1965年に3.5 Kで偶然発見。CMBが決定的証拠となりました。1998–99年、二つのチーム（パールマッター、シュミット–リース）が膨張の加速を発見しノーベル賞2011年。暗黒エネルギーが宇宙の地図に復活しました。