ハッブルの法則と宇宙膨張
ハッブルの法則は「遠い銀河ほど速く遠ざかる」という観測事実で、宇宙膨張の発見と宇宙年齢の推定につながります。
基本知識
1929年、エドウィン・ハッブルは銀河のスペクトルを観測し、銀河が遠ざかるほど赤方偏移（光の波長が長波長側にずれる現象）が大きいことを発見しました。後退速度 v と距離 d の関係：
v = H₀ × d
これをハッブルの法則といいます。H₀はハッブル定数で、現代の測定値は約70 km/s/Mpc（測定法によって67〜73 km/s/Mpcと食い違いがある＝ハッブル定数の緊張問題）。
宇宙年齢の推定：1/H₀ ≈ 140億年（おおよその宇宙年齢の上限）。詳細な宇宙モデルと組み合わせた現代値は約138億年です。
赤方偏移 z は λ観測/λ固有 − 1 で定義され、z = 1 は宇宙の大きさが現在の半分だったときに発した光が届いていることを意味します。
赤方偏移（銀河が遠ざかることで光の波長が伸びる現象。v/c ≈ z）
ハッブルの法則（v = H₀d。後退速度と距離の比例関係）
ハッブル定数(H₀)（宇宙膨張率。約70 km/s/Mpc。逆数が宇宙年齢の目安）
宇宙年齢（約138億年。ビッグバンからの時間）
ハッブル定数の緊張問題（CMB法と超新星法でH₀の値が食い違う未解決問題）
宇宙膨張の加速（1998年、Ia型超新星観測で発見。ダークエネルギーが原因とされる）
深掘り (背景・意義)
ハッブルの法則は「銀河が宇宙の中心から離れている」のではなく、空間そのものが膨張していることを意味します。どの銀河から見ても他の銀河は遠ざかって見えます（レーズンパンの比喩）。
1998年に Ia 型超新星の観測から、宇宙膨張が加速していることが発見されました（Perlmutter・Riess・Schmidtがノーベル賞）。この加速を引き起こす未知のエネルギーがダークエネルギー（暗黒エネルギー）で、宇宙エネルギー密度の約68%を占めます。
現代宇宙論の標準モデルをΛCDM モデル（Λ=宇宙定数、CDM=冷たいダークマター）と呼びます。通常物質約5%、ダークマター約27%、ダークエネルギー約68%の組成で宇宙を記述します。
- ハッブルの法則：v = H₀d（1929年）
- H₀ ≈ 70 km/s/Mpc
- 宇宙年齢 ≈ 138億年 ≈ 1/H₀
- 宇宙膨張 = 空間そのものの膨張
- 1998年：宇宙膨張の加速を発見（ノーベル賞2011年）
- ΛCDMモデル：通常物質5%・DM27%・DE68%
- ハッブル定数の緊張問題は未解決
注意点 (混同しやすい)
① 宇宙膨張は「銀河が動いている」のではなく「空間が膨張している」。② 赤方偏移（遠ざかる→波長伸び）と青方偏移（近づく→波長縮み）を区別。アンドロメダ銀河は青方偏移（近づいてくる）。③ ハッブル定数の逆数が宇宙年齢の概算。④ ダークエネルギー（加速膨張の原因）とダークマター（重力の原因）は異なる。
練習
- ハッブルの法則を式で表しなさい（変数の意味も示すこと）。
- ハッブル定数はおよそ何 km/s/Mpc か。
- 1998年に発見された宇宙膨張の何についての発見か答えなさい。