銀河の光はどんな理由で赤方偏移（波長が伸びる）するのか

１

よくいわれる三つの理由と、見向きもされないひとつの理由、そして�Ta型超新星の光の謎

　ア　後退速度によるドップラー効果
　イ　温度低下（宇宙空間が膨張したために空間の温度が下がった）
　ウ　宇宙空間が膨張したため光も膨張して波長が伸びた
　エ　星間赤化（よく似た現象）

　オ　�Ta型超新星の光(後退速度ではない証拠）

２

考察１

アが一般的な意見の中でも一番賛同されている意見。ビックバンの証拠だから。でもイもウもビックバンによる宇宙膨張があったから起こったことです。アもイもウも同じこととして書いてある本さえあります。

　これは以下の順序で考えられたとおもわれます。

　ほとんどの銀河に赤方偏移が観測された→ドップラー効果が原因である→銀河が地球から遠ざかっている→また、遠い銀河ほど赤方偏移が大きい→宇宙空間が膨張している→宇宙空間の温度低下と、光の膨張が起こる

　という順序だとおもわれます。
ウは星の色が赤色のほうに偏って見える現象。赤方偏移とよく似ています。

エは銀河が後退していなくても赤方偏移する例。おそらくこのことが、銀河の赤方偏移の本当の原因だと私はおもいます。

�@

一番人気は後退速度によるドップラー効果

　銀河が地球から遠ざかっていることからくるドップラー効果による光の赤方偏移であるという考え方です。
　光源が、観測者に対して、遠ざかったり、近づいたりする運動をしていると、光の波長が伸び縮みする現象です。離れていくときは波長が伸び、赤いほうに変化し、近づいてくるときは、波長が縮み、光は青いほうに変化します。このことは実験でも確かめられています。これは、よく救急車のサイレンの音の変化で説明されています。　
　ただ、銀河の赤方偏移と距離との関係はハッブルという人が発見したのだけれど、彼自身は、赤方偏移と銀河の距離は関係があるけれど、その原因が後退速度であるとすることについては慎重であるようにといっています。このことからだけでは犯人は後退速度であるとするには証拠が足りないからです。げんに、ビッグバン論者でさえも、以下に述べる、�Aや�Bのような原因を唱えている人もいるのですから。�@も�Aも�Bも同じことを違う角度から述べているだけであるというのですが、同じ現象であるとはいい切れないことの様な気がします。私から言うと、異なる現象を述べるためにうまく使い分けているだけという感じがします。

　それはさておき、確かに、近いところでは、太陽の回転や、銀河系内の星の動きや、近いところの銀河の回転や、傾きは、この速度による赤方偏移や、青方偏移で観測されています。しかし、遠い銀河になると本当にそうなのかは実証されていません。もちろん、そうでないということもいえません。やはり遠すぎて、そうでないということも実証できないのです。

�A

二番人気は温度低下のために、光のエネルギーが減少

�A空間が膨張したために空間の温度が下がった。
　空間も普通の物質のように、膨張すると温度が下がるというのです。その結果光の温度も下がるということらしいです。光の温度が下がるというのは、光の振動が遅くなることです。振動が遅くなるということは、光が周波数の少ないほう、すなわち赤のほうに変移するということです。
　これが、空間の温度低下による光の赤方偏移の説明です。
　なぜ、そんなことが起こるのでしょう。その原理はどうなっているのでしょう。
　（疑問１）空間自体に温度はあるのでしょうか。物質には温度があるけれど、空間の温度というのはどういうものなのでしょう。熱の仕組みは、原子の振動です。振動が速いと熱が高く、遅いと低くなります。これが物質の温度です。では、空間の温度とはなんなのでしょう。空間そのものには温度はないはずです。空間そのものには振動するものがまったくないからです。では、何の温度をいっているのかというと、おそらくそれに含まれる物質の温度なのでしょう。物質を含んだ空間全体の温度のことなのでしょう。ガスが断熱膨張すると温度が下がるのと同じ現象のことをいっているのでしょう。空間とは高々その程度のものなのでしょう。
　（疑問２）空間の温度が下がると、どうして、光の温度も下がるのだろう。高温の太陽から出た光が、南極にくると温度が下がる（波長が伸びる）という話は聞いたことがないが、そういう現象はあるのかしら。
　この考え方はどうもいただけないような気がします。私の不勉強でしょうが、科学的な根拠が不明です。

�B

三番人気は空間膨張のために光の波も膨張した

　�B空間が広がるから、光も大きくなる。だから、光の波長も大きくなって間延びするので赤方偏移するという説です。
　ビッグバンによって、膨張した空間のために、光もその空間とともに膨張したという考え方です。このことは、波線を書いた風船を膨らせると、波線も大きくなっていくのと同じ事だと説明されています。大きな波は小さな波と比べると、波長が長くなっています。波長が長くなると、光は赤いほうにずれます。だから、赤方偏移をするというのです。
　この現象は、宇宙背景放射を説明するときにだけ使われます。ビッグバンの時には光だった電磁波も空間膨張とともに膨張してマイクロ波になったというのです。このときだけ、赤方偏移の理由は後退速度ではなくなります。なぜか、ビッグバンは銀河と違って後退していないからです。(不思議なことに、ビッグバンはこの宇宙の一番外側をぐるっと取り巻いていて、そこから光を出しているので、宇宙の全方向から背景放射が満遍なく来るという考え方も見たことがあります）
　なるほどもっともらしいけど、空間が膨張すると光も膨張するという証明がまだできていません。比喩としての風船と波線はいいかもしれないけれど、空間と光の関係は、別のものとして考えなければなりません。なぜなら、風船は物質です。マジックも物質です。物質と物質の関係です。物質は、どのようなものであっても、同じものからできています。ゴムも、マジックも、パンも、鉄も、ウラニウムも、他のどんな物質も同じ陽子と電子というものからできています。ただ、組み立て方が違うだけです。だから、互いに相互作用をします。しかし、空間は、物質ではありません。光も、物質ではなく電磁波です。物質と物質の相互作用で、片一方が膨らめばそれにつれて、もう一方も膨らむというのは証明できています。しかし、何でできているかもわからない空間というものと、電磁波である光の相互作用は、まだ何もわかってはいません。相対性理論では、光は空間の曲がりに沿って動くといわれていますが、これも証明されたわけではありません。水星の軌道や、エディントンの日食時における、太陽近傍の星の観測や、銀河の重力レンズにより証明されたということになっていますが、これらは、理論値と、観測値に大きな隔たりがあります。感覚的には、許容範囲でも、科学的には、許容範囲をはるかに超えた誤差です。これらを持って証明されたとはいえません。(相対性理論に対しては、科学者は非常に甘いです。）これらの現象は、空間の曲がりよりも、もっと普通の現象(太陽が楕円球であるとか、コロナによって光が屈折したとか）で説明した方がぴったりの現象です。まして、空間が膨張すると、光が膨張するというのはどのように証明されたのでしょう。
　そのほかの疑問。

　光が膨張すると、波長だけではなく、波高も大きくなるはずです。これは現象としてどのように現れているのでしょう。ドップラー効果の赤方偏移では、波長だけ伸びます。だから色が変わります。では、波高が高くなった光はどのように見えているのでしょう。普通光の波高が高くなると明るくなるといわれています。それは観測されているのでしょうか。すると、背景放射は波長が伸びているとともに、波高も高くなっているはずです。するとそのぶんかなり明るくなっていなければなりません。そのエネルギーはどこからもらったのでしょうか。(これは、アとウが同じ現象ではないことの現象面の証拠です）

　すると、観測された１３０億光年前の銀河の光は、後退速度によって、波長だけが伸びているのか、それとも、宇宙膨張によって光全体が大きくなっているのか、それともその両方なのか、はっきりさせなくてはなりません。空間膨張と後退速度の両方があるのなら、その両方の影響を受けなければなりません。

　空間膨張に、光の大きさが連動するなら、物質も連動して大きくならなくてはなりません。分子も、原子も陽子も電子も、ニュートリノも、その他全てのものが大きくならなくてはならないはずです。空間膨張とは本来そういうもののはずです。　銀河の間と、光だけが膨張し、あとは膨張しないというのは、あまりにも都合がよすぎるように思います。　

�C

四番人気は万年４位

�C星間赤化
　　天の川銀河内の星々も赤くなっていることが観測されています。
　星間赤化と名づけられているそうです。この原因は、上の３つの原因ではなくて、星間塵だそうです。
　銀河系円盤部に多量に集まっている星間塵が観測光を少し赤い色側にずらせるそうです。
　ということは、銀河の光も星間塵によっても赤方偏移することも可能だということです。宇宙空間に、銀河円盤の１０００分の１とか１００００分の１とかの密度で銀河間塵があったらそれで十分銀河の光も赤方偏移するはずです。天の川銀河内の星に比べて、銀河の光は数万倍とか数十億倍とかの距離を飛んでくるのだからその影響を受けてる可能性は十分です。
　ただ、この現象は、星間塵が青色を余計に吸収するからだとも言われています。だから赤方偏移ではないということです。ただ、光が赤化する現象はそんなに珍しいことではないみたいですし、原因もさまざまです。

�D

五番人気は�Ta型超新星の光

 ３

（�Ta型超新星とは）
　いくつか種類がある超新星の中で、白色矮星が爆発してできる超新星の分類名です。

　白色矮星はそのままでは爆発しません。赤色超巨星と連星になっているときにだけ起こる現象です。白色矮星は、隣に赤色超巨星があるとその星のガスを吸い込んで質量が増えていくそうです。そして、白色矮星の質量が、太陽質量の１．４倍になったときに、大爆発を起こすというのです。これが、�Tａ型超新星です。したがって、どの�Ta型超新星もほとんど同じ明るさの爆発になります。そして、同じ経過をたどります。
（利用法）
　絶対光度が同じである。超新星だから非常に明るい。爆発のパターンが同じということから、遠くの銀河までの距離を出すのに使っています。今のところ、遠い銀河までの距離を出すのには一番の方法だといわれています。
（赤方偏移との関係）
　この超新星の減光パターンは、遠くなるほどゆっくりになるというのが観測されています。一月で見えなくなるのが、遠い超新星になると１．５か月とか、２か月とか距離によって間延びしてしまうそうです。同じ質量で、同じ原因で爆発するので、爆発のパターンがこのように変わるのは変な話です。
　そこで、この原因を考えて見ます。
　光の速度が遅くなったのが原因ではないでしょうか。
　たとえ話で考えて見ます。もちろん、たとえ話だから証明ではありません。
　踏切を通り過ぎる列車を考えます。同じ列車が時速１００キロで過ぎていく場合と、時速５０キロで過ぎていく場合を考えます。先頭車両が目の前に来てから一番後ろが通り過ぎるまで、５０キロのほうは、１００キロのほうより倍の時間がかかります。車両の長さが同じでも、速度によって、先頭が過ぎてから、最後尾が過ぎるまでの時間が変わります。

　超新星の爆発も同じように考えられないでしょうか、爆発の始まりのとき出た光、途中の光、最後の光と、宇宙空間を光は連綿とつながって地球に向かってきます。爆発の最初の光が地球にやって来てから最後の光が到達するまで、光の速度が遅くなると、列車と同じように時間が多くかかります。これが、超新星の減光パターンが間延びする原因ではないでしょうか。
　では、光が速度を落とす原因を考えて見ます。
　光は、屈折率のある物の中を通り抜けるときは速度を落とします。空気や水やガラスやダイヤモンドや、その他なんでもです。
　光は、地球までやってくる間に宇宙にある透明なガスを通り抜けてくるので、減速されたと考えられます。銀河と銀河の間にあるガスはとても希薄です。でも、その代わり、通り抜ける距離は１億光年とか、１０億光年とか、非常に長くなります。だから、遠い銀河の光が地球にやってくるまでに通り抜けなければならない物質の量は、太陽を何個も通り抜けるほどになることでしょう。光が減速するには十分な量です。　

　　そこで、赤方偏移との関係です。光の速度が落ちたから、赤方偏移をしたと考えます。
　また列車のたとえです。１０両編成です。１車両を光の波ひとつに考えます。１０量編成だから波は全部で１０あります。
　目の前を特急が１秒で通りすぎます。通り過ぎた車両は１０両。波は１０です。すなわち周波数は１０です。
　今度は普通列車です。２秒間で通り過ぎました。１秒間では、５両です。周波数は５です。
　同じ長さでも、速度によって通り過ぎる車両の数が違ってきます。同じように光の波も、光の速度によって到達する波の数が違ってきます。光も速度によって周波数が変化するのです。
　このことから、銀河の光が赤方偏移するのは、光の速度が落ちたことが原因だともいえます。後退速度が原因だとは断定できません。

　もちろん、後退速度によっても、これと同じ現象が起こることも考えられます。超新星が、秒速１万キロメートルで動いていたら、１ヶ月で、星は１光速日の距離を動きます。１日分だけ、超新星のパターンは間延びします。秒速１０万キロで動いたら、１０日ぶん間延びします。

遠い銀河は光速の数分の１もの高速で遠ざかっているというのがビッグバン論ですから、この可能性は考えられます。ただ、太陽が秒速４００キロメートルそこそこで動いていることから考えると、銀河が、秒速１万キロとか、１０万キロとかで実際に動くことは考えられません。ビッグバンの空間膨張説なら、空間を細かく区切って、それぞれの速度を積み重ねていくと光速でも、超光速でもおもいのままに出せるけれど、それは机上の空論というものです。そのことは項を改めて述べます。その他のことで、光の速度の減少原因説と、空間膨張説を比較します。

考察２

ア　ビッグバン空間膨張説と光の速度減少説の比較

イ　考察　

　このように、銀河の光の赤方偏移を、銀河の後退速度のためとすると、それを証明する、理論も、観測事実もないというのが事実です。一方、銀河の光の赤方偏移を光の速度減少のためとすると、何もかもが、既存の理論と観測された現象で説明がつくことが分かると思います。

４

まとめ

　イでも、ウでも、エでも銀河の赤方偏移はアのドップラー効果ではないということになります。ただ、イとウは空間が膨張しているというのが条件だから、ビッグバン論のひとつです。ドップラー効果との兼ね合いはどうするのか知らないけれど。
　たとえば、宇宙背景放射は、ウの宇宙膨張が原因で、光がマイクロ波にまでなったと説明されます。しかし、現在発見されている銀河は、１３０億年前だといいます。したがって、宇宙背景放射が出た「宇宙の晴れ上がり」という現象が起こってから、７億年後です。その最深遠の銀河の光は、アの後退速度によるドップラー効果で赤方偏移したと説明されています。

　１３７億年前の光と、１３０億年前の光では赤方偏移の原因が違っています。その結果、かたやマイクロ波に、かたや可視光にと、赤方偏移の度合いもまるで違ってきます。これはとても変な話だとおもいます。

　私は、銀河の赤方偏移は、オの光の速度低下が原因だと思います。そうすると、距離が増えれば倍々に赤方偏移するのも可能だし、空間の膨張などとSFみたいなこと言わなくても、普通に地球上で起こっている現象で、説明できます。あの、ダイヤモンドの輝きは、屈折率のほかに、光の速度が極端に落ちることからも来ているのです。ただ、遠い銀河の赤方偏移が、水の中に入った光は速度が落ちるということと同じだと説明されたのでは、何の面白みもないので、お話にならないですけどね。でも、りんごが落ちるというあまりにありふれたことと、あの巨大な月が落ちてこないという不思議なことが同じことだというのを、ニュートンが発見したのを考えると一考の余地はあるとおもいませんか。
　宇宙背景放射だって、ビッグバンの名残の光ではなく、宇宙塵の出す熱とすれば、簡単に説明がつきます。そうすれば、１３０億年前の銀河の光が、可視光線のままで観測され、１３７億年前のビッグバンの光がマイクロ波で観測されるという、矛盾もなくなります。
　どこが矛盾かを、もう少し詳しく説明します。
　ビッグバンの光は、宇宙全体の爆発なのでおそらく超高エネルギーの光（γ線やＸ線）だったと予想できます。背景放射のマイクロ波は低エネルギーの光です。電磁波としては、最高のエネルギー状態から、可視光より低いエネルギー状態に落ち込んでいます。エネルギーの減少がとても大きくなっています。これが、１３７億年の間の宇宙空間の膨張のために起こったといいます。
　一方、１３０億光年先の銀河の光は、そこらにある銀河と同じように、出たときは普通のエネルギーの光(可視光線）が中心だったはずです。もちろん高エネルギーのγ線も含まれているとは思いますが。それが、今、ハッブル宇宙望遠鏡では、普通のエネルギーの可視光線（電磁波）で見えています。中の上くらいのエネルギー状態から、中の下くらいのエネルギー状態に変化しています。エネルギー減少はあまり起こっていません。これが、銀河の後退速度が原因で起こったといわれています。
　たった７億年の差でどうして、二つの電磁波にこのような大きなエネルギーの減少の違いがでてくるのでしょう。また、赤方偏移の原因が違うのでしょう。銀河の光が地球に到達するまで、１３０億年かかったのなら、その間に宇宙も膨張しているのだから、銀河の光も、ビッグバンの光と同じように膨張して、マイクロ波になってもよさそうなものだとおもいませんか。
　自然は、相手（ビッグバンの光か、銀河の光か）によって当てはめる法則を変えたりしません。相手によって態度を変えるのは人間だけです。どこかが間違っているはずです。どこかとは、ビッグバンがあったというところです。
　じゃあ、宇宙空間ガス(そのほとんどが中性水素ガス）が原因とすればどうなるでしょう。先ほども述べたように、銀河の光は速度を落とすことで赤方偏移します。マイクロ波観測衛星の観測からすると、宇宙空間ガスは均等に分布しています。すると、銀河の距離が大きくなると、距離に比例して光の速度も落ち、赤方偏移の大きさも距離に比例して大きくなっていき、観測と矛盾しなくなります。
　また、宇宙背景放射は、ビッグバンの光ではなく低温の宇宙塵の出す光ということで説明できますから、銀河の光が可視光であって、背景放射がエネルギーの低いマイクロ波であっても少しの矛盾もありません。

５

結論

　赤方偏移は、宇宙空間ガスが原因であるとすると、いろんな現象が、地球上や、この近辺の宇宙で起こっている普通の現象で説明がつきます。かたや、ビッグバン起因説だと、空間の膨張という、地球上では起こっていないし、物理法則も解明されていない現象で説明しなくてはならなくなったり、上に書いたような矛盾が生じたりします。