2020年02月16日

"宇宙スケール"を考える


皆さま、こんにちは。

(追記:最初に更新した際に、数値・単位の
入力ミスがありましたので訂正しました。
短時間とはいえ不正確な情報を公開してしまい
ご覧下さった方に深くお詫びします。
)


前回「時間」概念について少し触れましたが
時空・次元の話になると"考え方のコツ"と
言いますか、思考の枠を超える感覚というか
そういうモノについて質問を受けることが
たまーにあります。

脳を刺激し知能を高めるトレーニングとして
「尺度単位」を変えて考えてみることに
以前触れましたが2011年6月17日の回)、

「長さ大きさの尺度を体感すること」は
同様に脳トレーニングとして有益です。


大宇宙空間と素量子空間を想起できると
「時間・次元」感も柔軟に広がりますので
今回は「宇宙のスケール」を考えてみます。

まず、宇宙の構成要素のミクロ領域から
大宇宙へと 思考 を移していきましょう。

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水素原子を例に考えてみますと。

(陽子の半径についてはまだ確定していませんが)
水素の原子核(=陽子)の直径1.75×10-15m
=1.75fm(フェムトメートル)
とします。
* フェムト(femto) f=0.000000000000001

電子の古典半径は 2.818fmとされていますが
実際の電子は遥かに小さいと考えられます。
(というか"大きさ"を定義できるかさえ確定ではない…)
とりあえず ここでは単純化して電子直径を
陽子の10分の1として0.18×10-15m


水素原子(ボーアモデル)の直径は
約1.06×10-10m=1.06Å(オングストローム)

* Å(オングストローム)=0.0000000001

なので電子は水素原子核(=陽子)の周りを
1Å=100pmの範囲で回っている感じです。
(実際はもっと小さくなりますけれど)

これを日常感覚で捉えるために
原子核(陽子)を直径1mm に拡大すると、

1mmの陽子の周りを0.1mmの電子が
直径60メートルの軌道で回転している感じ


え?ほとんど空白スペースになるけど…
計算が間違ってるんじゃ?と驚きますよね、
ミクロ世界は感覚的にギッシリ詰まって
いそうに思いますが"ほぼ空洞の世界"です。

この「何もない虚空」感を前提に
宇宙にスケールを上げていきましょう。。

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地球 (直径12,756km)/月 (直径3,476km)
地球から月までの距離は約384,400km


この"スケール"を体感するために
「月」の直径を1mm に縮小すると・・
"直径3.66mmとなった地球"の周りを
11センチメートル離れて回っている関係


自分で紙に書いて確かめて下さい、
予想以上に距離が離れていますよね?

それもそのはずで、月と地球の間には
水星から海王星までの太陽系の7惑星
(地球を除いて)が横に並んでいくと
ちょうど収まるくらい距離が開いています!

moon_earth.jpg

大抵の人は驚く事実ですね〜。
(教科書の図ではすぐ隣にあるように書いてたりしますし)

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太陽と地球はどうでしょうか。

太陽の直径は約1,392,000km なので
月を直径1oスケールで考えると
太陽は約400倍の直径40cmの球になります。

太陽から地球までの平均距離は
約1億4,959万7,870km(1天文単位)
なので

"直径3.66mmの地球"は"直径40cmの太陽"
の周りを43メートル離れて回っています。

地球直径を1mmに縮小して考えると
太陽(直径11p)の周りを半径11.7mの
円を描いて公転する
イメージになります



地球=1mmのまま太陽系を考えると
地球から海王星までは約353m、
冥王星までは約465m離れている縮尺です。

たった1mmの地球なのに冥王星軌道まで
(楕円に近いものの)直径930mになります


太陽から太陽系の端("オールトの雲"の外端)
までは約1.575光年(15兆km)なので
たった1mmの地球なのに 太陽系は
半径1,168キロメートルという規模
です


* "オールトの雲"外縁まで太陽系に含むかは
定説ではなく、太陽系は"オールトの雲"内端まで
とすれば、太陽系の直径は上記の半分になります。


1光年(光が1年で進む距離)=
9,460,730,472,580.8km については
地球1mm換算で約741.6km になります。
(参考:東京―山口間の直線距離が約769km)



太陽系から一番近い恒星
"プロキシマ・ケンタウリ"までの
太陽からの距離は約4.22光年(39.9兆km)、

地球から全天観測して最も明るい恒星
シリウスまでは8.6光年(81.4兆km)、

地球1mm換算で1光年=約741.6kmなので
太陽(直径11p)からシリウスまで6378.3q!


…この辺りから縮尺しても実感が湧かないので
太陽直径を1mmに縮小して考えます。

太陽1mm換算で1光年=約6.8km なので
太陽系(オールト内端まで)の直径は10.9q

オリオン座のベテルギウス(直径13億km)は
太陽から642光年(6,100兆km)なので縮尺すると
太陽(直径1mm)から4365.6km 離れた先で
直径93cmのベテルギウスが燃え尽きそうに…


ちなみに"たて座UY星"は現在観測上
最大の恒星で太陽の約1700倍の大きさ。
(太陽が1o縮尺で直径1.7m!)

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さて、"銀河系"に移りましょう。

我々が属する"銀河系(天の川銀河)"は
直径10万光年。太陽系は銀河系の中心から
2万8000光年ほど離れた点に位置しています。

太陽1mm換算で言うと、銀河系の大きさは
直径67万9650km
…圧倒的スケールです・・

実感を掴むために 太陽系(オールト内端まで)
直径を1mm に縮小してみると(以下、オールト内縁までの直径)
銀河系の縮尺直径は62.5m
です。



お隣のアンドロメダ銀河まで239万光年。
太陽系1mm換算で言っても 1.5kmも遠い先 !
(アンドロメダ銀河の縮尺直径は約155m)

"局部銀河群(天の川銀河、アンドロメダ銀河、
さんかく座銀河、その他数十個の小銀河の集群)"
の直径は約500万光年なので、太陽系1mm換算でも
直径3.12qというスケールになりますね。

この局部銀河群が属す"おとめ座超銀河団"
を内包する"ラニアケア超銀河団"は
10万を超える銀河で構成され、
その大きさは約5億光年。

太陽系1mm換算で直径312.5qという...

銀河系直径を1メートルに縮尺すると
ラニアケアは直径5km…

"観測可能な宇宙"は…直径930億光年の球?
もしそうなら銀河系直径1m縮尺で930q....



"宇宙"はさらに果て無く続くという
研究論説もありますから…(並行宇宙も含め)

「"全宇宙"の壮大さ」実感できますか??



このように銀河系直径=1mに縮尺した時、
我々の地球は直径1.35×10-14m=
13.5fmという"原子"ミクロ世界のスケール。
(現実では"金(gold)"の原子核直径が約14fm)


ミクロの量子世界からマクロの大宇宙まで
スケールを変化させながら"時空"を旅すると
美しい「相似」関係が見出せます。

(まあ「時空の歪み」で"相似"というのも
確かなモノではありませんが、感覚的に…)


人間は文字通り"小宇宙(ミクロコスモス)"で
"大宇宙(マクロコスモス)"が縮尺されたモノ。


我々を構成している1原子核が地球としたら
全身は銀河系よりも大きいという相似感覚。

そういう感覚で、全事象を柔軟に行ったり
来たりすると「時間・次元」感も広がります。



ここからが"核心"という感じなのですが
さすがに長文になり過ぎたので・・

要するに「どんなに微細微小に見えても
焦点・尺度を変えると どれ一つとして
無意味なものは宇宙に存しない」


という感じで今回は終えたいと思います。


なお、下記過去記事も周辺知識として
読み直してみると理解が深まるでしょう。

「宇宙」の果て(2012年11月12日)
「ミクロ」の世界(2013年08月25日)
無量大数を超えて(2012年11月15日)


それでは、お疲れさまでした。
いつもありがとうございます。

posted by laluz at 16:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 「脳」の使い方
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