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宇宙の背景放射について


宇宙の背景放射、それの発生原理をS.Asada仮説で詳細説明



目次
1.宇宙の背景放射の正体
2.背景放射の今と昔
3.宇宙ブラックホールの構造についてのまとめ


 じとー (汗)   あくまでこの飼い主の主張であり、もちろん仮説だよ   おそろしやー   独自論もついにここまできてしまったか - - - 


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1.宇宙の背景放射の正体


1-1. 本論による我々の宇宙空間の構造


本論は私説の「宇宙の成り立ち、宇宙誕生のストーリ」についてある程度のご理解を頂いたものとして論理展開する。これの大まかな内容は「ビッグバン宇宙論」とは全く逆説的な宇宙論である。それは外部空間という我々には観測不可能な領域に生成した巨大な宇宙ブラックホールのシュヴァルツシルト半径内を、我々は落下過程であるとしている。シュヴァルツシルト半径内なので、我々は決して外部空間を見ることはできない。


現在の我々の宇宙空間から見ると、そこは極端な時空の歪によりブラックホール中心とそれを包む事象の地平が、全天を等距離で360°包み込む反転閉鎖空間となっている。この仮定により宇宙の観測事実がほぼ全て合理的に説明可能になった。


ここでは宇宙ブラックホールの中心が全天の等距離に存在するため重力がバランスして無重力状態となる。つまりシュヴァルツシルト半径を超えて落下すると重力加速されず慣性運動(等速)となる。



1-2. 本論による宇宙の2.7K背景放射源の正体


我々が観測している宇宙の2.7K背景放射とは、我々の宇宙をすっぽりと包む事象の地平近くで、赤方偏移が1000くらいの所の空間の過去の残像である。


我々が落下を続けてシュヴァルツシルト半径を超えたとき、空間が閉じ事象の地平で全天が覆われた。すると我々の周囲には外部空間からの光放射が完全に遮断される。すると空間に残った残光は次第に事象の地平に向かって吸収されていき、空間が冷却されていった。そして我々の近辺の空間からは残光は無くなっていった。ただし例えば一億光年の厚さの層から残光がなくなるのには、やはり一億年程度かかる。これは光速度が有限であるための空間の畜光効果とでも呼べるものだ。それでも我々の周囲の空間は、空間が閉じてから十分な時間が経過したので残光は残っていない。


我々の認識する宇宙空間の構造は遠方空間ほど時間速度が遅くなっている。つまり遠方空間ほど落下を始めてからの時間経過が少ない過去の宇宙を見ていることになる。さらに遠方から我々に光情報が届くのは光速度が有限であるために時間がかかっている。この効果だけでも遠方空間では100億年以上、過去の姿を見ていることになる。従ってこの2つの時間遅れ効果を合わせると、我々が観測する遠方空間は数百、数千億年以上も昔の姿を見ている場合もあるだろう。


例えば事象の地平のすぐ近くで赤方偏移が1000に近い層では、遠方なので我々に光が到達するのに140億年程度かかっている。つまりそれだけ過去の姿だ。さらに赤方偏移が約1000ということは、時間速度も我々の空間の約1/1000という事だ。そのため我々の空間に比べ、初期宇宙の時からわずかしか時間の経過していない空間がそこにはある。


するとその場所はまだ空間が閉じておらず、外部空間の強烈な放射光に満たされた時代の空間だったのだろう。そこは宇宙ブラックホールの外部空間に形成された、宇宙ブラックホールを包みこむ超高温層である。そのなかでも最内側にある約3000Kの黒体放射層がその場所だ。そこは約3000Kの放射光であふれていた。そしてその光は遠方なので、そこから約140億年かけて我々の場所に届いた。さらにその場所は時間速度が我々の約1/1000なので、そこからの光は波長が約1000倍になる。それを我々は宇宙の背景放射として観測している。これが宇宙の2.7K背景放射の正体である。


この赤方偏移が約1000の空間の後ろには赤方偏移が2000を超える空間もある。しかしそれらの空間からの光は途中の空間温度が高すぎ光が自由に動けない。そのため光放射自体が少ないし、更に3000K黒体放射層の空間を通過するまでに、ほとんど吸収されてしまう。そのため我々には赤方偏移1000の空間よりも遠方の光は届かない。



1-3. 宇宙の背景放射の高度な均一さと、わずかな温度ムラ


赤方偏移が約1000の層は過去の3000K黒体放射空間だった。黒体放射するという事はその中で光が行きかっており、熱平衡状態に近いことを意味する。そのためもともと極めて均質な温度分布だった。それに加えて赤方偏移が約1000の空間は時間速度が我々の時間の約1/1000であり、従って距離も1/1000に圧縮されている。背景放射を行っている層は全天に広がっているので広大に見えるが、実際には狭いエリアを見ているにすぎない。これらが宇宙の背景放射が極めて均等である事の理由の一つだ。ただし完全に均一というわけではなく、また物質の分布もムラがあるので、完全に均一な放射ではない。


また我々の空間も宇宙ブラックホールに対して公転と言うか落下方向と直角方向の運動成分を持っている可能性が大きい。従ってそれによる宇宙背景放射の偏りも生じている可能性がある。



2.背景放射の今と昔


我々の近傍の宇宙空間が宇宙ブラックホールに近づき、宇宙ブラックホールを包む高温プラズマ層の中にあったころの話になる。現在の背景放射が観測される空間は、そのころも落下方向の約140億光年先にあった。ほぼ同じ位置関係である。赤方偏移もほぼ同じであったと仮定する。ただし時間速度勾配が落下位置により厳密には直線的変化ではないので、全く同じというわけではない。しかし宇宙ブラックホールが巨大なので半径比の変化としては少なく、話を簡略化するためこの重力勾配の非直線的な変化は無視して解説を続ける。


落下を続け我々の過去の空間がやっと高温プラズマ層を抜け出し、宇宙ブラックホールのシュヴァルツシルト半径に近づいたころ、現在の宇宙で背景放射を行っている空間もやはり落下方向の約140億光年先にあった。そこでも光の到達に140億年かかることに加えて時間速度が約1/1000なので、その空間はまだ高温プラズマ層の中、又は外側の空間にあった。しかしここからの光は高温プラズマ層に吸収されるので、このころの我々近傍の宇宙空間には届かなかった。そのころ届いたのは高温層の最内側にある約3000Kの黒体放射層からの光だ。これは比較的近くにある空間であり、時間速度も大きくは違わないため、ほぼ3000Kの黒体放射をおこなっていた。


つまり数百億年以上の大昔、我々の宇宙空間がやっとシュヴァルツシルト半径を超えて落下したころ、宇宙の背景放射はもっと近くにある約3000K黒体放射プラズマ層だった。そこは比較的近いための時間速度の差も小さく、現在よりもはるかに高温の背景放射だった。その先のもっと遠方の空間からの光は約3000K黒体放射プラズマ層」で吸収されてしまうので光は届かず認識されろこともなかった。


それが落下を続けるとともに背景放射を行っていた「約3000K黒体放射プラズマ層」も冷却が進み、急激に透明化する。すると我々の過去の空間から見えていた「宇宙の背景放射をする層」は、より遠くの層に移動していき、それに伴い、時間速度も遅くなり赤方偏移が大きくなっていった。そしてこれが繰り返され、現在ではこの背景放射層は赤方偏移が約1000の場所(時間速度が我々の約1/1000の空間)にあり、3000Kの黒体放射には変わらないが時間速度が遅いので波長が約1000倍に伸びて我々の宇宙空間に届いている。これが現在の我々が観測している宇宙の背景放射の正体である。



3.宇宙ブラックホールの構造についてのまとめ


S.Asasda宇宙ブラックホール仮説の詳細は下リンク先を参照 

→ 宇宙の成り立ち、宇宙誕生のストーリ、宇宙ブラックホール仮説


3-1.概要


〔図-1〕は宇宙ブラックホールとその周辺の想像図である。図のように宇宙ブラックホールの外側には外部空間から落下してくる物質が光速に近い速度まで加速されて落下してくる。


そしてそれらが宇宙ブラックホールに近づくと収束衝突その他で熱エネルギーに変わることで高温となり、そうなると素粒子等がランダム運動して電磁気的にも容易に通過できない層ができる。


そしてその場所で落下物質の多くの運動エネルギーが熱になり、超高温の素粒子と光子とダークマターの層を形成する。そこで特別なメカニズムで正物質と反物質の分離が起こり、宇宙ブラックホールには主に正物質とダークマター(正物質と反物質が結合した消失質量体)が落下していった。


ダークマターに関しては右リンク参照 → ダークマターの正体 ダークマターのふるまい 4次元体積保存則


我々の観測している宇宙空間とは、それらがシュヴァルツシルト半径内を落下している過程の姿である。シュヴァルツシルト半径内では空間が反転して中心核と、それを覆う事象の地平面が全天を覆った空間になる。


事象の地平面は全ての放射を吸収するので漆黒で絶対零度の壁となる。そのため我々の空間も絶対零度に向かって冷却されていった。その過程で物質微粒子は重力で集積し、恒星や銀河が形成されていった。この理論的宇宙誕生ストーリの結論は現実の宇宙空間観測結果と良く一致する。


外部空間-1

     〔図ー1〕遠方観測者が見た宇宙ブラックホールの状態想像図





3-2.シュヴァルツシルト半径と事象の地平について 


まず宇宙ブラックホールの事象の地平は遠方の観測者から見た場合、この図の様にシュヴァルツシルト半径の所にある。ただしこの事象の地平は観測者の場所や状態によって変わり、また観測者にとって決して超えることも到達することもできない関係になる。


重力場に逆らい観測者に到達させる事の出来る射出体の要求速度が光速度になる場所が観測者にとっての事象の地平になる。また観測者から見て発せられた光のエネルギーがゼロになる(E=hνなので赤方偏移が∞になる)場所が事象に地平ともいえる。


そのため観測者が宇宙ブラックホールに落下していけば、この条件の場所は中心方向に移動していき、どこまで行っても決して到達はしない。ブラックホールに落下する観測者は事象の地平を超えて落下するかのように説明する解説書も見かけるが、完全な間違いだ。



3-3.シュヴァルツシルト半径のすぐ外側にある急冷空間層について


遠方から見た事象の地平がシュヴァルツシルト半径の所に存在し、その外側に比較的低温の急冷空間層がある。ここは約3000K以下の領域であり、電子は原子核に捕獲されて自由電子が無いので、光が空間を障害なく通過できる。



そのため絶対零度の事象の地平に光放射が吸収されるので、この空間は急激に冷却される。そして約3000Kを堺として明確な境界ができる。これより上方はプラズマ状態でより高温の層が維持され、この境界以下では光が自由に通過できる透明な空間となり、光が直進して事象の地平に吸収されるので、さらに急冷されていく。



3-4.徐冷空間層と、そこでの元素合成について


急冷空間に隣接した外側には高温プラズマの徐冷空間層が広がる。ここの温度分布は外側の加熱領域層からの熱移動と急激冷却空間への熱移動との熱平衡バランスで決まる。ただしこの層では光が直進できず、放射熱移動がほとんど出来ないので熱伝達速度は遅い。


この層では最内側ではブラックホールの事象の地平へ向かっての放射冷却で温度が下がる。外側の高温部では、更に外側の加熱層からの熱移動で超高温となる。


そのため放射優勢で光子、レプトン、クオーク、及びそれの結合体(ダークマター)が準平衡状態にある。そして下側に行くほど温度が下がり中性子、陽子、電子及びそれらの反物質粒子が生成する。さらにそれらからヘリウム、リチウムなどの原子核も生成する。→ダークマターの正体


反物質粒子も多量に生成するが、別途解説するメカニズムで選択され、宇宙ブラックホールに落下するのは反物質よりも正物質が優勢となった。→反物質が無い理由


そして落下過程で残った反物質も全て正物質と結合してダークマターとなり、三次元空間からは重力場のみ残して消えた。そして残った正物質とダークマターのみが落下して現在の宇宙空間の恒星、銀河等を作った。



3-5.最外側の加熱空間(放射優勢)の層について


宇宙ブラックホールを取り囲む最外側層は、宇宙ブラックホールに落下してくる物質がその層を構成する物質とぶつかり、その運動エネルギーを熱エネルギーに変えるので非常な高温となっている。


外部空間に広く分布する物質が宇宙ブラックホールにむかって落下してくるが、それらはシュヴァルツシルト半径の所でほぼ光速度に達する事になる。ただし最外層までの落下なら光速度より少し遅いが、それでも膨大な運動エネルギーを獲得している事には変わりない。


それが宇宙ブラックホールを取り巻く物質濃度が比較的高い超高温のプラズマ層にぶつかって、その運動エネルギーの多くが熱エネルギーに代わり、超高温な層が維持されている。



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まず宇宙ブラックホールの外側外部空間には超高温の層が有る。これは宇宙ブラックホールの重力場を落下してきた物質が、宇宙ブラックホールのを包む高密度プラズマ層に衝突することで、その運動エネルギーの大部分を放出するために高温になる。その高温により物質はクオークレベルまで分解している。


しかしブラックホールにさらに近づくとブラックホールの事象の地平面で冷却されるので、次第に温度を下げていく。すると10^9Kあたりで光エネルギーとダークマターから電子、陽電子、中性子、反中性子等を形成し始める。それらの正物質と反物質は結合したり再分離したりしているが、空間温度の低下とともに再分離に要する熱エネルギーは無くなり、電子、陽電子、中性子、反中性子になる。


その後、正物質と反物質が結合すると質量が無くなりダークマターに戻る。正物質と反物質の割合が等しければ全てダークマターになるが、正物質の方が優勢だったので正物質の中性子、陽子、電子が残った。ここでなぜ正物質の方が優位になったかは外部空間が有るので各種の仮説が成り立つが、1つの可能性としてはウチュウブラックホールが帯電していたために正物質と反物質の分布に差が出来、正物質が宇宙ブラックホールに多く落下したとする説である。


この段階ではまだ空間温度が高いので電子が自由に空間を飛び回っており、そのため光が直進できないので、なかなかブラックホールの事象の地平面への放射冷却が出来ず、すぐには空間温度が下がらない。


しかしそれでもブラックホールに近づくほど次第に空間温度が低下していく。そして数千度まで下がり原子核が電子を捕獲する様になると光が直進できるようになり、放射冷却で一気に空間が冷却される。


これをブラックホール側から見ると数千度のプラズマ層までしか見えない。ブラックホールは比較的近くは数千度以下の比較的低温で光が直進できる透明な空間層で包まれ、その外側に光が直進できない数千度以上のプラズマからなる光放射層で包まれている。そしてそこからの熱放射は層が深いので黒体放射になっている。プラズマ層は光が直進できないので熱の移動が少ない断熱に近い層だ。


そのためこのプラズマ層では外部空間の高温で外側に行くほど高温になっていき、1000億度(10^11K)以上に達する様になる。そのような領域では素粒子の状態でしか存在できない。ここでは光子、クォーク、反クォーク、電子、陽電子の状態で存在する。なお、ここからさらに外側にいくと、逆に少し温度が下がる。ここが外部空間の平均温度に近い領域になる。ここに光子や各種素粒子が宇宙ブラックホールの重力で外部空間の遠方の広い範囲から落下してきて、高い運動エネルギー持っている。それがこの高温領域で衝突を繰り返し熱エネルギーに変わり超高温の層を作る。


超高温の層の内側で温度が10億度(10^9K)程度に下がった所で



ここでこのブラックホールに落ち込む観測者の視点で起こる状況を考えてみる。


プラズマ層を抜けた段階では観測者の周辺空間は数千度の温度である。そこからブラックホールを見ると重力レンズ効果で大きく広がっているが、まだ外部空間の高温プラズマで明るく照らされている。


ブラックホールの事象の地平面を見ると、小さな落下物質がたくさん降り注いでおり、事象の地平面の前に分布している。そしてそれらは上層では数千度に達するが、事象の地平に近づくとともに温度が低下していく。


観測者がブラックホールに落下を始めると事象の地平面が更に広がり、外部空間との通路が狭まる。事象の地平面の手前(約150億光年先)は外部空間からの放射で3000K程度の温度になっているが、重力ポテンシャルの差で赤方偏移が1000程度もあり、時間の進行も1/1000程度になっている。


観測者が更に落下し、シュヴァルツシルト半径を超えると事象の地平面が観測者を完全に包み込み外部空間からの3000K放射は完全に遮断される。このとき事象の地平面のすぐ近く(約150億光年先)は絶対零度に近いものの、そこから離れるほど外部空間からの3000K放射で高温の空間になる。


この段階では観測者の周囲は物質がまだ微小な塵上で空間に分散している。塵は3000K

近い高温であり、3000Kの放射で満ちている。ここが約150億光年(距離)後に後から落下してくる空間にとっての遠い未来の宇宙の背景放射源になる。ただし150億光年後から落下してくる空間から見ると、重力ポテンシャルの差で1000近い赤方偏移があり、時間のスピードも約1/1000だ。つまり0.1~0.2億年後と言うことになり、ここでの時間スケールから見ると無視できるほどの時間だ。そのためこの時の3000K放射で満ちた空間からの放射が150億光年後に落下してくる空間にとっての背景放射源となる。


空間が閉じてからは観測者の周囲は急速に冷却されていく。絶対零度の事象の地平で包まれるのだから外部空間からの3000K放射もそれに向かい、吸収される。分散していた物質の微粒子も冷却される。


さらに数億光年以上落下すると物質の集積が進み、次第に星が形成され、銀河を作り、銀河団を作る。


我々の落下速度は今のところ分からないが、光速よりはかなり遅いはずなので、たとえば光速の1/10だったとしよう。


宇宙ブラックホールの閉鎖空間を落下し始めてから1500億年ほど経過すると約150億光年の距離を落下している事になる。周囲の銀河、銀河団の形成が進み、現在のような宇宙になる。


我々より1500億年先に落下していった空間は、我々よりも1500億年、年をとった宇宙ということになる。しかし実際にはそこから我々の銀河に光が届くのに150億年を要するので我々より1350億年、多く年をとった宇宙を見ていることになる。


ただしその場所が重力ポテンシャルの差で赤方偏移が1000であったとすれば、時間の経過は1/1000でしかない。すると我々が落下し始めた時から見て3000億年/1000=3億年しか経過していない空間を見ていることになる。その頃の空間はまだ外部空間空の放射で空間が高温であり、恒星や銀河の形成も僅かで物質は微小粒子で分散しており空間全体としては約3000Kの黒体放射をしていた。その放射が赤方偏移1000のために約3Kの放射となって現在の我々の銀河に届いている。


それより後に落下していった空間は落下開始からより時間の経過した空間となり、急激に冷却されていき、通常の透明な宇宙空間になっていった。我々よりも1000億年先(時間)に落下を始めた空間は100億光年(距離)離れた場所であり、赤方偏移は約2。すると時間経過は約2400億年×1/3=800億年。すると我々の銀河周辺よりも800億年/1500億年=0.53。つまり我々の銀河周辺より宇宙年齢が約半分の若い宇宙を見ていることになる。




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