宇宙膨張と重力の影響：波長と赤方偏移の関係を解明する

宇宙膨張の理解には、光の波長や周波数の変化が重要な役割を果たしています。特に、重力場や膨張する宇宙の影響を受けて、光の波長がどのように変化するのか、そしてそれが赤方偏移として観測される理由について、この記事で解説します。

光の見かけの距離と実際の経路延長

質問者が述べた通り、光が移動する際に、見かけの距離と実際の経路延長は異なります。見かけの距離（A）は、物体までの直線的な距離ですが、実際の経路延長（B）は、光が重力場や宇宙膨張の影響を受けることで、直線的な移動ではなく曲がるため、A＜Bとなることが多いです。

光が異なるエネルギーを持って移動している場合でも、距離と時間の関係（c＝距離/時間）において、周波数ν（波長λの逆数）に影響を与えます。これにより、波長の変化を観測でき、赤方偏移や青方偏移が起こる原因となります。

赤方偏移とは、天体から発せられた光が宇宙の膨張によって波長が長くなり、視覚的に赤い方へシフトする現象です。質問者が指摘したように、光が遠くにある天体から地球に届く際、膨張する宇宙により波長が長くなります。

波長λは、周波数νの逆数であり、ν(A)＝c/A、ν(B)＝c/Bの関係に基づきます。もしA＜Bの場合、ν(A)＞ν(B)となり、それに伴いλ(A)＜λ(B)が成立します。この現象が赤方偏移として観測され、宇宙の膨張が確認される根拠となります。

重力場は、光の進行経路を曲げることが知られています。重力レンズ効果や、膨張する宇宙内での光の波長の伸びなど、重力や宇宙膨張が光に与える影響は計り知れません。この影響により、遠くの天体から届く光は、観測時にその波長が伸び、赤方偏移として観測されることになります。

また、膨張する宇宙では、距離の増加に伴って光の波長が引き伸ばされ、エネルギーが減少する現象が発生します。この宇宙膨張の影響を捉えることが、宇宙の膨張を示す重要な証拠となります。

宇宙膨張の証拠として、光の波長の変化、特に赤方偏移が重要な役割を果たしています。光が宇宙膨張の影響を受けて波長が長くなる現象は、遠くの天体からの光の観測を通じて確認されています。この赤方偏移の理解により、宇宙の膨張が示され、我々の宇宙観に大きな影響を与えています。