今回は宇宙の果てがどのようになっているのか自分なりにお話しします。
宇宙の果てには何がある？
結論から言うと宇宙の果てに何があるのかは分かりません。
科学的にまだわかっていません。
なぜ分からないのか、その理由と人類が突き止めた最も遠い宇宙がどのようになっているのかお話しします。
人類が突き止めた最も遠い宇宙は約464憶光年です。
これをこの記事では「宇宙の果て」と書くことにします。
その通り、宇宙は138憶年前に始まりました。しかし宇宙は膨張をしています。膨張するスピードは一定ではないと考えられており、宇宙が始まった時、膨張スピードは光より早かったと考えられています。
この膨張を考慮すると人類が分かる宇宙の果ては464憶光年となります。
宇宙の果てを知るということは宇宙の過去を見ると同じ意味です。
光年は光が1年間に進む距離を表しています。
用語1光年は約9兆6000億kmとなります。
月までは約38万km、火星までが時期によって異なりますが約7000万kmです。
例えば1光年先の天体を観測する場合は、1年かけて光が地球にやってきているため、我々が見る天体は1年前の姿となります。
つまり我々が宇宙の果てを知りたいと望遠鏡を使って観測をしても過去の姿しかわかりません。我々が現在の宇宙の果てを知る術はないのです。
知ることが出来るのは過去の宇宙だけです。
宇宙はどのように生まれたのか
インフレーションが宇宙の始まり
インフレーションとは急激に膨張する現象です。
そうです。インフレーションはビックバンの前に起こったと考えられています。ビックバンは灼熱な宇宙空間ですよね。なぜそこまで宇宙の温度が高かったのでしょうか？
それはインフレーションという現象がカギを握っています。
インフレーションが起きる前の宇宙は非常にエネルギーが大きかったと考えられています。
身近な例は滑り台です。
高いところから低いところへ滑ることが出来るのは高いところの方が低いところに比べエネルギーが大きいからです。
ただ高いところにいるだけでは何も起きませんよね。これはエネルギーを保存しているといえます。このエネルギーを位置エネルギーといいます。
そして滑り台から滑ると位置エネルギーは運動エネルギーになります。
うん、なんとなくわかったけど位置エネルギーはどうやって生まれるの？
滑り台の場合、滑るために階段なり、坂道を上りますよね。この高いところへ上がるためには自分で歩く必要があります。
これが運動エネルギーです。高いところへ歩いた分だけ運動エネルギーが位置エネルギーに変わります。
そして滑り台から滑ることで位置エネルギーが運動エネルギーに変わります。
インフレーションが起きる前は非常に大きいエネルギーが保存されており、このエネルギーを開放することでエネルギーが熱エネルギーとなり、宇宙が灼熱になったと考えられています。（ビックバン）
しかしなぜインフレーションが起こる前、エネルギーが非常に大きかったのかは分かりません。
ビックバンについて
理由は2つあります。
宇宙の物質のほとんどが水素とヘリウムでその他の鉄や酸素など重い元素は2％程度です。水素は最も軽い元素でヘリウムは水素の次に軽い元素です。
軽い元素が多く存在する理由としてビックバンが考えらます。ビックバンによる灼熱の宇宙空間では軽い元素が生まれやすいためです。
なぜ温度が高いと軽い元素しか発生しないのか？
宇宙は膨張をしているため、過去の宇宙は今よりも小さいことが分かります。
宇宙が小さいということは圧縮されている状態と一緒です。圧縮すると温度が上がります。このため宇宙は灼熱であったといえます。
インフレーションが起こる前はどうなっていたの？
インフレーションが具体的にどのように発生したのか詳しいことはまだわかっていません。
なぜならインフレーションの発生時は宇宙のエネルギーは膨大なものなのでこの状態を人が人工的に発生させる術はまだありません。スイスにある巨大素粒子加速器を用いても実験することは困難です。
参考資料
この本は高校の物理、化学の知識がないと分かりにくいと思います。しかし理解できるところだけでも全体的に人類がどこまで宇宙を知っているのか、宇宙の誕生から今に至るまでの流れが分かると思います。