宇宙の膨張は、身の回りの物体が同じ割合で引き伸ばされる現象ではない。大きな尺度で見た宇宙の平均的な構造と、重力や電磁気力によって結び付いた局所的な系では、運動を決める条件が異なる。銀河同士の距離の変化を、そのまま定規や原子の大きさへ当てはめることはできない。
膨張とは、どの距離が増えることか
宇宙全体を十分に大きな尺度で平均すると、空間の距離の変化をスケール因子で表すモデルが使える。その平均的な流れに乗る天体同士の距離は、スケール因子が増えると大きくなる。遠方から来る光の波長も、伝わる間の宇宙膨張によって伸びる。
この記述は、宇宙中のあらゆる二点の距離が同じ割合で増えるという命令ではない。個々の天体には、平均的な膨張とは別の運動もある。重力で集まる銀河や、互いに近づく天体も存在する。
太陽系や原子の大きさを決めるもの
地球の公転は、主に太陽の重力と地球の運動によって決まる。原子や固体の大きさは、電磁気的な相互作用と量子力学的な性質によって決まる。これらの束縛された系が、宇宙の平均的な膨張と同じように大きくなるわけではない。
例えば、銀河間の代表的な距離が増えたことから、地球と太陽の距離も同じ割合で増えるとは結論できない。局所的な系を記述する方程式と境界条件を使って、その系の運動を評価する必要がある。膨張を、物体を外側へ引っ張る一様な風のように想像すると誤解しやすい。
風船のたとえで説明できる範囲
風船の表面に点を描いて膨らませる例は、ある点だけを中心にしなくても点同士が離れることを示すのに役立つ。点そのものや、表面に貼った物体まで必ず伸びると考えると、実際の宇宙とは違う説明になる。
宇宙の将来も、膨張の速度や暗黒エネルギーの性質によって変わる。特殊な将来モデルで束縛系が壊れる可能性を論じることと、現在の地球や原子が宇宙と一緒に膨らんでいると主張することは別である。まずは、どの尺度をどのモデルで記述しているかを区別することが、宇宙膨張を理解する手掛かりになる。
宇宙論的な背景が局所系に与える効果を、数学的に常に完全なゼロと置くという主張ではない。現在の束縛系の大きさがスケール因子に比例して増える、という理解が適切ではないという意味である。
参考資料
参考資料確認日：2026年10月13日。