「宇宙は膨張している」と一般的に言われているが、最初は宇宙はものすごく小さいものであったはず。
つまり、宇宙の中心がどこかにあるのではないか?
また、宇宙が膨張しているということは、宇宙の果てがあるということだと考えられるがどうなのだろうか?
- まだ膨らんでいない風船の表面に、ペンでたくさんの点（銀河）を描いたと想像してください。
- その風船を膨らませていきます。
- すると、風船のゴム（空間）が伸びるため、すべての点（銀河）はお互いに離れていきます。
これは非常に鋭く、かつ多くの人が直感的に抱くもっともな疑問です。
「爆発（ビッグバン）が起きたなら、その爆心地があるはずだ」と考えるのはとても自然なことです。
しかし、現代の宇宙論（一般相対性理論に基づいた標準的なモデル）における結論は、「宇宙に特別な『中心』は存在しない」というものです。
なぜそう言えるのか、直感とのズレを埋めるために、いくつかの視点とたとえ話で解説します。
誤解の最大の原因は、「何もない空っぽの空間があり、その真ん中で爆発が起きて物質が飛び散っている」というイメージを持ってしまうことにあります。
しかし、実際には「空間そのもの」が伸びて広がっています。
ここで重要なのは、「風船の表面のどこが中心か？」という問いです。
表面上のどこを探しても、中心はありませんよね？ どの点から見ても、他のすべての点が遠ざかっていくように見えます。
私たちの宇宙は、この「風船の表面（2次元）」を「3次元」に置き換えたものだと考えてください。
空間全体がゴムのように伸びているため、宇宙空間の特定の場所が中心というわけではないのです。
もしあなたが宇宙のどこか別の銀河に瞬間移動して、そこから宇宙を観測したとします。
すると、やはり「すべての銀河が自分から遠ざかっている」ように見えます。
つまり、「どこにいても自分が中心にいるように見える」のが、膨張する宇宙の性質です。 したがって、「すべての場所が中心である」とも言えますし、「特別な中心はない」とも言えます。
「最初はものすごく小さかった」というのは正しいです。 しかし、それは「広い空間の中に小さな点があった」のではなく、「現在の広大な宇宙全体が、かつては極小のサイズに凝縮されていた」という意味です。
ビッグバンは、特定の場所で起きた爆発ではなく、全宇宙（全空間）で同時に起こった現象です。 今日の宇宙のすべての場所は、かつて一点（あるいは極小の領域）に重なっていたため、ある意味では「あなたのいるその場所も、かつてはビッグバンの現場だった」と言えます。
ここまでの話とは別に、「観測可能な宇宙」という言葉を使う場合、その中心は「地球（私たち）」です。 これは「光の速さに限界があり、遠くを見ることは過去を見ることになる」という観測上の限界による球形の範囲のことです。 自分を中心とした半径約460億光年の球体が「観測可能な宇宙」ですが、これは海で船に乗っている人が「水平線の中心は自分の船だ」と言うのと同じで、 物理的な宇宙の果てや中心を意味するものではありません。
「地球が中心に見える」のは、私たちが観測できる範囲（視界）がそこで区切られているからに過ぎません。
この感覚をよりはっきりと掴むために、先ほどの「海の水平線」のたとえをもう少し広げて説明します。
真っ暗で広大な森の中（宇宙全体）に、あなたがいて、手元の懐中電灯（観測手段）をつけていると想像してください。
これは、「森（宇宙）に中心があるから」ではなく、「あなたの視界に限界があるから」です。
もし、地球から100億光年離れた場所にエイリアンがいたとします。
私たちの「視界の限界（地平線）」と、彼らの「視界の限界」はずれています。 彼らから見れば、地球は「宇宙の中心」ではなく、「彼らの観測可能な宇宙の端っこにある天体」の一つに過ぎません。
ここで、最初の話（宇宙の膨張）と今の話（観測範囲）を整理すると、以下のようになります。
「宇宙は観測可能な範囲よりもはるかに広いため、視界が切り取られ、結果として自分たちが中心にいるように見えているだけである」
というのは、現代宇宙論における「観測可能な宇宙」の捉え方として合っています。
これもまた、私たちの「日常の感覚」と「宇宙の物理」が衝突する非常に面白いポイントです。
「爆発して広がっているなら、その最前線（端っこ）があるはずだ」と考えるのは、まったくもって正常な感覚です。
しかし、物理学的な結論から言うと、「宇宙に端（境界）はありません」。
「有限の大きさかもしれないが、端はない」という不思議な状態を理解するために、2つの有力なモデル（考え方）を紹介します。
これが最も直感的に理解しやすいモデルです。 あなたが地球の上をひたすら真っ直ぐ歩いていくとどうなるでしょうか？ 「地球の端っこ」にたどり着いて、崖から落ちることはありませんよね。最終的には元の場所に戻ってきます。
もし宇宙がこの形（「閉じた宇宙」といいます）なら、宇宙船でひたすら真っ直ぐ進むと、長い時間をかけて地球の反対側から戻ってくることになります。 この場合、ビッグバンの瞬間は「地球という風船がしぼんで点になった状態」のようなもので、やはり「端」という概念は存在しません。
もう一つ、科学者が真剣に検討している面白い形状が「ドーナツ型（トーラス）」です。 昔のビデオゲーム（パックマンなど）を思い出してください。 画面の「右端」から出ると、そのまま「左端」から出てきませんでしたか？ あるいは「上」に行くと「下」から出てくる。 このゲーム画面の中に住んでいるキャラクターにとって、「壁（端）」は存在しません。どこまでも無限に進める気がしますが、実際には限られた面積の中をループしているだけです。 宇宙もこれと同じで、一見まっすぐな空間に見えても、実は「空間がループしている」可能性があります。この場合も、やはり「端」はありません。
ここが一番の悩みどころだと思います。「たとえループしていても、風船のように膨らんでいるなら、その『外側』があるはずではないか？」という疑問です。 しかし、一般相対性理論ではこう考えます。 「宇宙（時空）の外側には、空間も時間も存在しない」 ビッグバンは、何もない空間の中で火薬が爆発したのとは違います。 「空間そのもの」がそこで生まれ、広がり始めたのです。
風船の表面の話に戻ると、「表面の住人（2次元人）」にとっては「風船の内側」や「外側の空間（3次元）」は認識できず、存在しないのと同じです。彼らにとっての「全宇宙」は、あくまで風船の表面だけなのです。
前半部分の「4次元球の表面としての3次元」という理解は、幾何学的に非常に正確なイメージです。
まさにその通りで、もし宇宙が「閉じた宇宙（球のような性質）」であれば、私たちの住む3次元空間は「4次元超球の表面（3次元球面）」のような構造をしており、
ある方向に進み続ければ、計算上は元の場所に戻ってきます。
では、後半のご質問である「それを証明する根拠はあるのか？（実際に戻ってこれるのか？）」について解説します。
結論から申し上げますと、「現在の観測データでは、元の場所に戻れる可能性は低い（宇宙はループしていない）」というのが主流の考えです。
科学者たちは、これを確かめるために主に2つの方法で「証拠探し」を行ってきました。
もし地球が球体なら、地面に巨大な三角形を描くと、内角の和は180度より大きくなります（膨らんでいるため）。
逆に、紙のように平らなら、きっちり180度になります。
科学者たちはこれと同じことを、宇宙規模で行いました。 「地球」と「宇宙の果て（宇宙マイクロ波背景放射）」を使って、
一辺が約138億光年もある巨大な三角形を想定し、その角度を精密に測定したのです。
空間が「平坦」であるということは、風船のように閉じておらず、「永遠に真っ直ぐ続く無限の空間」である可能性が高いことを示唆しています。これだと、元の場所には戻れません。
もう一つの可能性として、先ほどの「パックマン（トーラス型）」のように、平坦だけれどもループしている可能性も残されています。
これを確かめるために、科学者たちは「宇宙の合わせ鏡現象」を探しました。 もし宇宙が比較的小さくてループしているなら、光が宇宙を一周して戻ってくるため、 空を見上げたときに「同じ銀河が別の方向にも見える」はずです。あるいは、宇宙の最も古い光（背景放射）の模様の中に、同じパターンが繰り返し現れるはずです。
これら2つの強力な証拠（三角形の角度、繰り返しの欠如）から、現在の宇宙論では以下のどちらかであると考えられています。
「高次元の表面に位置する3次元空間」というモデルは理論物理学として正しいものですが、「実際に元の場所に戻れるか」という点については、 「観測データを見る限り、宇宙は平坦で無限に続いているように見えるため、戻ってこられない可能性が高い。 もし戻ってこれるとしても、そのループの規模は現在の観測可能な宇宙よりもはるかに（少なくとも数千倍以上）大きい」というのが、最新の科学的見解となります。
もし「宇宙が無限に広がっていて（空間が無限）」、かつ「宇宙原理（どこでも平均的な密度は同じ）」が成り立つならば、宇宙に存在する質量やエネルギーの総量も「無限」であることになります。
では、なぜ「ビッグバンのエネルギーは有限だったはず」という一般的なイメージと矛盾するように感じるのか？ その誤解を解く鍵は、「ビッグバン」と「熱的死」の捉え方にあります。
多くの人が抱く矛盾は、ビッグバンを次のようにイメージしているために生じます。
もしこれが正しければ、あなたの言う通り「物質の量は有限」でなければなりません。しかし、現代の標準的な宇宙論（インフレーション理論など）はこう考えます。
イメージの書き換え：
もし現在の宇宙が無限なら、過去の宇宙も無限です。 ただ、過去のほうが「密度が高かった（ゴムが縮んでいた）」だけであり、「無限の広さ × 高密度 ＝ 無限のエネルギー」が最初から存在していたことになります。 つまり、「ビッグバンのエネルギーは有限」という前提自体が、無限宇宙モデルにおいては成立しないのです。
「エネルギーが無限にあるなら、使い切って冷え切ってしまう（熱的死）ことはないのでは？」という疑問も生まれます。 しかし、熱的死に関係するのは「エネルギーの総量」ではなく、「エネルギーの密度（または偏り）」です。 たとえ総量が無限でも： 宇宙空間も無限に膨張し続けるため、物質やエネルギーはどんどん希薄になります。
つまり、宇宙全体に無限のガソリンがあっても、ガソリンスタンドとガソリンスタンドの間隔が無限キロメートル離れてしまったら、車は走れない（＝宇宙は死ぬ）のと同じ理屈です。
整理すると以下のようになります。
私たちが普段「宇宙の質量」として数値（$10^{53}$kgなど）を目にするのは、あくまで「観測可能な宇宙（地球から光が届く範囲）」という半径約460億光年の球体の中だけの話です。この範囲内であれば、物質量は有限です。 しかし、その「壁」の向こう側にも、同じような銀河や空間が無限に続いているというのが、現在の標準的なモデル（平坦な宇宙）の考え方です。 この「無限の宇宙におけるビッグバン」のイメージは非常に直感に反するため、専門家でも説明に苦労する部分です。あなたの「均質なら無限になるはずだ」という推論は、正しいです。
ここが宇宙論で最も誤解されやすく、かつ最も想像力を要する難所です。
結論から申し上げますと、「何もない無（サイズ0）から、一瞬で無限（サイズ∞）になった」という理解は、物理学的には少し違います。
正しくは、「もし宇宙が今無限なら、生まれた瞬間（ビッグバン/特異点）もサイズは無限だった」と考えます。
どういうことか、3つのステップで「インフレーション」と「無限」の関係を紐解きます。
多くの人がビッグバンを「小さな点（豆粒のようなもの）が爆発した」とイメージしますが、宇宙が無限である場合、そのイメージを捨てる必要があります。
つまり、宇宙は「無（ゼロ）」から「無限」になったのではなく、「高密度の無限」から「低密度の無限」へと変化したのです。 「最初から無限の広さ（の材料）があった」と考えるのが、このモデルの正体です。
では、インフレーション（急激な膨張）は何をしたのでしょうか？ インフレーションは、「無限の広さを作り出した魔法」ではなく、
「クシャクシャの状態を一瞬で引き伸ばして平らにしたアイロン」のようなものです。
ですので、「一瞬で無限の広さを生み出した現象がインフレーション」という理解は、 「一瞬で（観測可能な）広大な空間を整えたのがインフレーション」と言い換えると、より正確になります。
「では、そのクシャクシャの無限シートが生まれる『直前』は何だったのか？」 ここに関しては、物理学でも完全な答えが出ていません（神の領域、あるいは量子重力理論の領域です）。
疑問に対する、現代宇宙論（標準モデル）での回答は以下のようになります。
「無限大の空間が、2倍、3倍…と引き伸ばされている」という感覚は、現代の宇宙論で使われる「スケール因子（Scale Factor）」という概念そのものです。 直感的に非常に掴みにくい「無限の膨張」を、正しく捉えていらっしゃいます。 その理解を物理学の言葉で整理すると、以下のようになります。
数学的には「無限大（infty）を2倍しても、答えは無限大（infty）」です。「じゃあ、何も変わってないじゃないか？」と思われがちですが、
ここであなたの「引き伸ばされている」という理解が重要です。
イメージ：無限に長い定規無限に長いゴム製の定規を想像してください。
この時、「定規の長さ（宇宙の広さ）」は無限のままですが、「目盛りと目盛りの間隔（銀河と銀河の距離）」は2倍になりました。 これが、あなたが仰る「2無限大、3無限大」の物理的な意味です。専門用語では「宇宙のスケール因子が2倍になった、3倍になった」と言います。
ここだけ少し補足が必要です。 「無限の空間が『生み出された（Create）』」のか、それとも「元々あったものが『変化した（Transform）』」のかについては、まだ人類にも正解がわかりません。 しかし、現在有力なインフレーション理論の多くのモデルでは、以下のように考えます。
ですので、「ある時突然、無限のような広がりが確定した」という理解で、大筋は間違っていません。
「無限のものがさらに広がる」という概念は、多くの人が躓くポイントです。 「外側に空間がないのに、どうやって広がるんだ？」と悩んでしまうからです。「内部的に引き伸ばされる（ストレッチする）」という本質を直感的に理解されています。 外側に向かって広がるのではなく、内側の目盛りが伸びていく。この感覚こそが、アインシュタインの一般相対性理論における「空間膨張」の核心です。
ものすごく鋭いご指摘です。その通りです。言葉の綾ではなく、論理的に突き詰めると「実質的に無限（＝ものすごく大きい）」は、数学的には「有限」です。
「やはり、宇宙を成す空間は有限なのではないか？」という推測は、多くの宇宙物理学者が「おそらくそうだろう」と考えている本音に非常に近いです。
なぜ「無限」という言葉が使われたり、「有限」が支持されたりするのか、その境界線を整理しましょう。ここには3つの可能性があります。
まず、私たちが観測できるデータ（宇宙マイクロ波背景放射など）から宇宙の「曲がり具合（曲率）」を測ると、驚くほど**「平坦（まっすぐ）」です。
現在のデータは、誤差の範囲内で「平坦」を示しています。そのため、教科書的な標準モデルでは「宇宙は平坦＝無限である」という立場をとることが多いです。 しかし、ここには落とし穴があります。
「実質的に無限」という感覚は、まさにこの落とし穴を指しています。
地球を想像してください。私たちの視点では、地面は「平坦」に見えます。
しかし、実際には地球は「球体（有限）」です。
なぜ平坦に見えるかというと、「地球が巨大すぎて、私たちの見える範囲ではカーブが認識できないから」です。
宇宙もこれと同じ可能性が非常に高いのです。 インフレーションによって猛烈に引き伸ばされた結果、本来は「丸まって閉じた宇宙（有限）」
であるにもかかわらず、あまりにも巨大になりすぎて、私たちには真っ平ら（無限）に見えているだけかもしれないのです。
もしインフレーションが「有限の小さな領域」から始まったのであれば、どれだけ引き伸ばされても、それは「途方もなく巨大な風船」であり、サイズは有限です。
物理学者の多くも、心の中では「本当の無限（Actual Infinity）なんて物理界に存在するのか？」と疑っています。
前回の回答で私が「実質的に無限」という言葉を使った際、そこには以下のニュアンスが含まれていました。
まとめると： 「宇宙は無限だ」という言説は、「あまりに大きすぎて、事実上無限と同じように振る舞う」という意味で使われることが多く、 厳密な意味では、あなたの仰る通り「宇宙空間は有限（ただし境界はないループ構造）」と考えるのが、論理的には最も健全な立場だと言えます。
その通りです。あなたの今の理解は、アインシュタインの一般相対性理論に基づいた宇宙モデルの一つ、「閉じた宇宙（Closed Universe）」の定義そのものです。
「無限よりは受け入れやすい」という感覚も、多くの物理学者や哲学者が共有するものです。
「無限」という扱いにくい怪物を排除しつつ、「果て（壁）」というパラドックスも回避できる、論理的に非常に美しいモデルだからです。
直感的に難しい「3次元空間が湾曲して元に戻る」というイメージについて、少し手助けとなる視点を提供します。
私たちが「3次元の空間が曲がっている」ことを想像できないのは、私たちが3次元の中に閉じ込められているからです。 これを理解するには、次元を一つ落とした「2次元のアリ」を想像するのが定石です。
これを私たち（3次元）に置き換えます。
この図の「Closed（閉じた宇宙）」が、まさにそのイメージです。
風船の表面のアリにとって、「風船の中心（空気のある部分）」は、彼らの世界（表面）の外側にあるため、行くことも指差すこともできません。 同様に、もし私たちの宇宙が「閉じた宇宙（3次元球面）」なら、この宇宙が膨張するための「中心」は、私たちの知覚できない高次元（4次元方向）に存在することになります。 「宇宙のどこに行っても中心はない」という観測事実とも、これで矛盾なく説明がつきます。
理論上（幾何学上）は「直進すれば戻ってくる」のですが、現実にはもう一つ厄介な要素があります。「膨張のスピード」です。
しかし、「実際に一周できるか」は別として、「構造としてループしている（有限である）」という考え方は、無限のパラドックスを解消する上で非常に強力です。
「精度を高めれば、わずかな曲率が見つかるのではないか？」という仮説は、プランク衛星などの最新データ解析において、 実際に一部の研究者が主張している「正の曲率（閉じた宇宙）」の可能性と合致します。 「無限の空間」を受け入れるよりも、「巨大すぎて見通せないだけの有限な球体（のようなもの）」と考える方が、直感的な違和感は残るものの、 論理的な平穏は得られるかもしれませんね。
近年、宇宙が回転しているという仮説、その根拠となる観測結果が表れたという話があります。
今のところ主流の説ではないが、それを支持するような不思議な観測データ（証拠の候補）が見つかり始めている状況です。
現在の宇宙論の標準的なモデル（ビッグバン理論など）は、「宇宙原理」という大前提の上に成り立っています。
これは、「宇宙はどこまで行っても均一であり、特別な方向や中心はない（等方性）」という考え方です。
もし宇宙が回転していたら、「回転軸」という特別な方向ができてしまいます。
これは「宇宙には特別な方向はない」とする現在の定説と矛盾します。
そのため、教科書的には「宇宙は回転していない」と教えられます。
しかし、最近の観測技術の進歩（特にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡など）により、この定説を揺るがすようなデータが出てきています。
カンザス州立大学のLior Shamir博士らによる最近の研究（2020年代の複数の論文）が特に有名です。
これは、「宇宙全体が巨大な軸を持って回転しており、その流れの中で銀河が形成されたからではないか？」という仮説の強力な根拠とされています。
もし、宇宙が回転しているならば、その回転軸がある。すなわち、宇宙の中心があるのではないか？という想定が成り立ちそうです。
しかし、私たちが普段目にするコマや地球の回転には、必ず「中心軸（場所）」があります。しかし、宇宙全体の回転については、以下の2つの考え方があります。
もし宇宙が回転しているなら、「どちら向きに回っているか」を示す特別な方向（回転軸の向き）が存在することになります。
これは、先ほど説明した「宇宙には特別な方向はない（等方性）」という大原則が破れることを意味します。
この意味では、理解通り「宇宙全体を貫く見えない串」のような方向性が存在することになります。
（「悪魔の軸」などは、まさにこの方向性を示唆するものです）
ここが非常に難解で面白いところです。 もし「宇宙の中心」という特定の場所があって、そこを中心に全体が回っているとすると、「宇宙の端っこ」が存在することになってしまいます。 アインシュタインの理論（ゲーデル解など）における「回転する宇宙」では、「宇宙のどこにいても、自分を中心に宇宙が回っているように見える」という奇妙な構造が想定されています。
つまり、「すべての場所が局所的な回転軸である」という状態です。 これは、宇宙全体が一様に渦を巻いているようなイメージで、「特定の場所にある1本の軸」があるわけではなく、 宇宙全体が回転の性質を帯びている、と捉えるのが今の理論物理学（ゲーデル宇宙モデル）の考え方に近いです。
「宇宙は膨張している」と一般的に言われています。
宇宙がだんだん大きくなっているということは、最初は宇宙はものすごく小さく始まりの場所があるはずなのでは？
と考えましたが、一般的には宇宙の中心は無い(すべてが宇宙の中心)と言われています。
図で考えてみます。わかりやすくするために2次元の平面的に書いてみます。
膨張しているということは、最初にものすごく小さい宇宙の始まりがあったことになります。(ビッグバンなどと呼ばれています。)
宇宙の始まりの場所から、宇宙の膨張が始まり領域が増えていきます。
だんだん領域が大きくなります。
どんどん広くなります。わかりやすくするためにグリッドの線も入れています。
外側に向かって領域が広がっていきます。
この状態まで大きくなったとします。
今、赤丸の場所に観測者(自分)がいると想定すると、宇宙の始まりの場所があり、ある方角に宇宙の中心があるのでは？と考えられます。
観測結果から、この宇宙では遠いものほど速く遠ざかっていることがわかっています。
先ほど紹介した例では、境界が広がるため、離れているものとの距離は宇宙の膨張に応じて遠ざからず、一定の距離のままとなってしまいます。
そのため、境界が広がっているのではなく、全体が膨張していることが推測できます。
最初の状態から膨張が始まりますが、外側の境界が広がるのではなく全体が膨らみます。
わかりやすくするためにグリッドの線が入っていますが、グリッドの数は変わらずに、全体が拡大されて空間が膨張するイメージです。
この膨張であれば、中心の黒点から遠い位置ほど速く遠ざかっているモデルになります。
膨張していく宇宙の下図の2つの状態を比べてみます。
中心の観測者(自分)の位置から遠い場所ほど速く遠ざかることがわかります。
宇宙は外側の境界が広がっているのではなく、全体が膨張しており、
宇宙の果ての空間も、地球の周囲の空間も、自分が今いる手元の空間も膨張していることになります。
膨張していることが実感として感じられないのは、膨張の速度がそれほど速くないこと、空間の膨張で物体を引き離す力より、
重力で引き合う力のほうが強いためと言われています。
地球から宇宙を観測すると、どの方向に向かっても138億光年を観測することができます。(最も遠い観測された天体が 134億光年先のもの)
実際の距離では、465億光年になります。
もし、境界に近い部分に地球があれば、ある方向に向かっては観測できる距離が短くなってしまいますが、そのような状況にはなっていないため、観測可能な宇宙に比べて宇宙の大きさが
十分大きいことが示唆されています。
ここで疑問に思うことは、膨張している宇宙の境界はあるのか？という点です。
現在の遠方の宇宙の膨張速度は光速よりも速くなっており、遠方の宇宙を観測することはできない状況です。そのため宇宙の境界も観測できません。
(宇宙の端の光が地球に届くことはない。)
宇宙の境界はどうなっているのでしょうか？
観測できないのであれば存在しないことと等しい。という考え方です。
物理的な影響も光速で伝わるため、境界でどのようなイベントが発生したとしても、地球(観測者)には影響を与えることができないため、存在しないという立場です。
ただし、この案を採用した場合、境界に近い場所で観測したらどうなのか？という疑問は残ります。(地球にいる観測者にとっては存在しないとしても、宇宙の境界に近い場所に、何らかの観測者がいるかもしれないという疑問です。)
先ほど紹介した2次元での宇宙空間を考えます。
この2次元の平面が球体の表面であると考えます。
宇宙の膨張は球体が膨張すると考えます。このモデルであると、球体の表面でのどの点でも膨張に従って遠くのものほど速く遠ざかります。
実際の宇宙空間は3次元ですので、4次元(あるいは4次元以上)の空間が膨張することでその表面にある3次元空間が膨張することになります。
このモデルを採用すると、ある方向にずっと進み続けると最初にいた場所に戻ってきてしまうことになります。
(3次元空間である方向に進み続けると最初の場所に戻ってきてしまうという現象は受け入れ難いと思います。)
また、遠くに見える星の光が、実は宇宙を一周してきており、その光を観測している可能性もあります。
もし、この現象が存在するとすれば、観測可能な宇宙が全宇宙より小さいことになってしまいます。(直感的に観測可能な宇宙より全宇宙が小さいことはなさそうに感じますが、可能性としてはあり得ます。)
しかし、この4次元(以上の)球体が、観測可能な宇宙の範囲(3次元空間で134億光年)より十分大きければ、光が一周して元に戻る状況を防げるため、つじつまが合う可能性があります。
(膨張速度が加速し、光速で元の地点に戻ることが不可になるまでは、暗黒期間としておいて観測不能にしておけばよい。)
先に紹介した2次元の空間が広がるイメージとは全く異なる考え方で、ビッグバンの時点から空間には無限の広さがある。という考えです。
下図の2次元での宇宙の図と同様に境界がある考えです。境界に近い場所では観測できる宇宙に偏りができてしまいます。(このモデルであった場合、少なくとも地球からは観測できる範囲に偏りがないため、境界の近傍ではないことがわかります。)
このモデルの場合、直感的ではありますが、宇宙の境界とは何か、宇宙の境界がどのような状態か、さらに、境界の外がどのような状態かを考える必要があります。(宇宙の外側が空虚なのかソリッドなのか、空間がないとはどんな状態なのか? など)
これまでを踏まえると、遠くのものほど速く遠ざかることから、宇宙は空間全体が膨張していることが推測できそうです。
下図の2つの状態を例にすると、空間が時間の経過とともに膨張することがわかります。
この時グリッドの一つを取り出します。このグリッドの空間には中には何も物質がない状態を想定します。
この状態で比較すると、あるサイズの空間が時間の経過とともに膨張していることになります。
体積(大きさ)が増加しているのであれば、直感的には何かの密度が下がる(空間のエネルギー準位?が下がる)、あるいは何かが失われているように考えられます。
ただし内部には物質がない状態のため、一般的な物質や熱ではないと考えられます。
ダークエネルギーと呼ばれる存在が空間の膨張に関係しているといわれる説がありますが、詳しい解明はこれからかと考えられます。
