宇宙が膨張するとき、それは新しい空間、物質、または何か他のものを作成しますか？

宇宙が膨張すると言われているとき、正確にはどういう意味かと思います。それは単に物質を埋めるための新しいスペースを作成しますか、それともその空間を満たすために新しい物質/ダークマターを作成しますか、それとも私は道を離れますか？助けてくれてありがとう！

はい、スペースは常に作成されています。新しい空間には、（原子のような）物質や暗黒物質は含まれません。つまり密度正常と暗黒物質のデ体積と同じ速度で折り目に折り目。しかし、ダークエネルギーは完全に異なるものだと真空自体の性質であると考えられ、暗黒エネルギーの滞在を一定の密度ので、新しいスペースを使用して作成されています。

つまり、初期の宇宙（つまり、7万年前から100億年前まで）は物質に支配されていましたが、現在は宇宙が暗黒エネルギーに支配されています。

そして、それは悪化するだけです。

時空の拡大は何の創造も含みません。拡張の過程で起こっていることは、時空のメトリック自体の拡大です。

これを、一定の距離だけ離れた幾何学的な点を持つ任意の座標系と想像してください。時空が拡大すると、これらの幾何学的ポイント間の距離は、すべてのポイントで同じ距離で拡大します。基本的に、時空のすべての領域は、どこに位置していても、同じ速度と距離で他のすべての領域から遠ざかっています。

これが、拡張の方法が新しいものとして「作成された」と考えることは正しくないだけでなく、まったく役に立たない理由であり、時空には、考えられる可能性がある新しいものが常に存在する具体的なエッジがあるという考えを導入私たちから一定の距離として。そうではありません。私たちの座標系上のすべての点の間の距離が拡大するにつれて、時空の拡大はどこでも起こっています。

私たちのスケールでは（実際には銀河団よりも小さいスケールでは）、オブジェクト間の重力がこの座標拡張に打ち勝つため、この等方性拡張は見られません。アンドロメダは現在リマインダーとして私たちに向かっていることを覚えておいてください。銀河団は拡大に続いており、現在、互いに距離を置いています。ここで注意が必要です。拡大しているのは、クラスター内の銀河間の距離ではなく、クラスター自体が互いに離れていることです。

「ビッグバン」の間、座標間の距離はゼロでした。これは、時空間の密度が瞬間的に無限になり、幾何学的空間がまったく存在しないと主張するため、初期の特異性の考え方が生まれた場所です（詳細については、特異性の定義を調べてください）。ほとんどの人は現在、存在する特異点の概念が疑わしく、時空の一般相対性理論の記述は量子レベルで何が起こっているかを守っていないが、それはこの質問の範囲外です。

この質問は、拡張を説明するために彼が示したモデルに関連して、レナードサスカインドの現代物理学の講義4でも発生しました。

「少しの空間、少しの新たに形成された空間、それはそれについて考える1つの方法です。それについて考えるもう1つの方法は、一般相対性理論の方程式を通るだけです...」

空間が「創造された」と考えるのは間違っていると思います。または、少なくとも、それは形而上学の概念に似ています。それはどのような問題提起された空間と何ですが創造？私はそれが一般相対論に多くの位置を占めるとは思いません（少なくとも、一般相対論を場の量子論と統合しようとするより深いモデルを考慮しない限り）。スペースは作成されますか、それとも単にストレッチされますか（ラバーバンドと比較して、ラバーバンドをストレッチするときにラバーバンドを作成しますか）？それらの概念はそれを考える方法であるかもしれませんが、彼らは彼らが「何であるか」を正確に説明していません、または少なくとも物理学と数学の説明を超えています。現在の方程式（少なくとも一般相対性理論の方程式に対して）は、空間が伸びているかどうか、または空間が作成されているかどうかを示しません。それらの概念は無関係です。

「これか、それが空間を作っている」と言えるような物理的なメカニズムはありません。宇宙の膨張と「創造」を別の観点から見る興味深い対照的な見方は、膨張宇宙と相対論的方程式はニュートン力学のみを使用してすでに導出できるという視点です（最初にMcCreaとMilneによって30年代に説明されました）。そのフレームワークは、同じ方程式に導きますが、ニュートンの概念であり、解釈が異なります。ニュートン力学では空間は絶対的であるため（ボリュームが拡大すると、空間の作成のようなものがあるはずだと言えるかもしれません）が、一般的な相対性理論ではそうではありません。あなたにとって大きく見えるものは、別の観察者にとっては小さく見えることがあります。

一般相対性理論では、宇宙の膨張は他の運動と同様にアインシュタイン場の方程式で説明できます。あなたはそれをニュートンの宇宙論モデルと比較して、運動方程式によって記述されているように宇宙の膨張を見ることができます（つまり、空間を「作成すること」によって膨張を引き起こしている魔法の実体はなく、アインシュタインによって記述されているような通常の運動です。フィールド方程式）。

これらの方程式は、次のように非常に簡単に説明できます。

• ^{注：以下の方程式は、さまざまな方法で記述できます。「一般相対性理論と宇宙論入門」では、Jerzy Plebanski Andrzej Krasinskiの表記法を使用しました}

  膨張する宇宙は、アインシュタインの場の方程式で表すことができます。

  $R^{\mu\nu} - \frac{1}{2}g^{\mu\nu}R+\Lambda g^{\mu \nu} = G^{\mu \nu} + \Lambda g^{\mu\nu} = \kappa T^{\mu \nu} \\$

  どこ $\kappa = \frac{8\pi G}{c^4}$ アインシュタインの定数であり、 $\Lambda$ （未知の）宇宙定数。

  多くの特定のソリューションの1つは、ロバートソンウォーカージオメトリを使用するフリードマン方程式（均質な等方性宇宙用）です。

  $\begin{array}{rcl} d s^2 &=& g_{\mu \nu} dx^{\mu} dx^{\nu} \\ &=& d t^2 - R(t) \left( \frac{d r^2}{1-kr} + r^2(d \theta^2 + \sin^2\theta d \psi^2) \right) \end{array}$

  と $R(z)$ 時間依存のスケール係数と $k$ 曲率インデックス。

  これは、スケールファクターのソリューションにつながります $R$

  $\begin{array}{rcrcl} G_{00} &=& \frac{3k}{R^2} + 3 \frac{\dot R^2}{R^2} &=& \kappa \epsilon - \Lambda \\ -G_{11} = -G_{22} = -G_{33} &=& \frac{k}{R^2} + \frac{\dot R^2}{R^2} + 2 \frac{\ddot R}{R} &=& -\kappa p + \Lambda \end{array}$

  どこ $p$ 圧力であり、 $\epsilon$ エネルギー密度です。

展開は運動学的効果と見なすことができ（ニュートン宇宙論の展開と同様）、「相対距離」の時間変化に相当する一般相対論の枠組みで運動方程式によって記述される場合です。この計量の変化は、運動、重力、電磁気学を相対論的な方法で説明できる方法です。

その効果を「スペースの作成」のようなものと呼ぶことができれば、一貫性があり、他の相対論的な長さの縮小/ストレッチを「スペースの作成/削除」として呼び出す必要があります（たとえば、スペースが削除されます）マイケルソンとモーリーの干渉計が動いているとき、または重力波が通過すると、空間の削除と追加が繰り返されます。

したがって、次にリンゴが木から落ちるのを見ると、そのリンゴの観点からは、スペースが縮小され、スペースが削除されていることを想像する必要があります。