「雑音」が教えた宇宙のはじめ

その事実は、宇宙膨張の発見から三十数年後、まったく偶然のことから発見されました。電話の発明で有名なアメリカの発明家ベルがつくった会社の研究所に勤めていたペンジアスとウィルソンのふたりは、1960年代、衛星通信の研究のため、非常に感度のよいアンテナをつくっていました。

衛星からの微弱な電波を受信するためには、ほかからやってくる電波(これを雑音といいます)を注意深く取り除く必要があります。ほとんどの雑音は原因がはっきりして取り除くことができましたが、最後まで消えない雑音がありました。彼らはアンテナに潜り込み、表面にこびりついた鳩のふんまで落として、雑音の原因を追究しましたが、どうしても消すことができなかっためです。

1965年、原因不明の雑音をくわしく分析した彼らは。それが地球上から出たものではないことを発見しました。というのは、24時間いつも同じ雑音が、アンテナをどの方向に向けてもやってくるからです。もし地球のどこかから放出されている電波なら、一定の方向からやってくるはずです。つまりその雑音は、「宇宙のいたるところからやってくる」と結論せざるをえませんでした。ペンジアスとウィルソンは、何かはわからないが宇宙から非常に重要なメッセージを受け取っている、と確信したのです。

これが宇宙をくまなく満たす、温度にして絶対温度3度(より正確には2.726度。絶対温度3度は氷点下270度、摂氏0度は絶対温度273度に相当します)の電波の発見です。この電波が、じつは宇宙が現在の1000分の1の大きさのときに放出された光であることに気づくには、それほど時間がかかりませんでした。光の温度(エネルギー)は、波長か伸びるにつれて下がっていきます。宇宙膨張によって光の波長も伸ばされるので、光の温度はだんだん下がっていきます。逆にいうと、宇宙の大きさがいまの1000分の1のとき、光の温度はいまの1000倍の絶対温度3000度になるわけです。

くわしくは後で述べますが、温度が3000度に下かって初めて、光は何物にも邪魔されずにまっすぐ進めるようになります。そのときに出た光が宇宙膨張によって冷やされ、100億年のあいだ宇宙を漂った後、ペンジアスとウィルソンによって低温の電波として発見されたのです。ふたりは偶然にこの電波を見つけたのですか、この電波の存在を予言し、検出しようと実験の準備をしていたグループが、すぐそばのプリンストン大学にいたのです。ペンジアスたちからその雑音の話を聞いたグループの無念は、察するにあまりあります。

この発見から13年後の1978年、ペンジアスたちはノーベル賞をもらいました。プリンストン大学のグループより、さらに前の1950年代、ガモフという物理学者がこの電波の存在を予言していたことも、いまではよく知られています。この発見の意義は重大です。宇宙を満たす絶対温度3度の電波の存在から、100億年前の宇宙は灼熱の火の玉状態であり、現在われわれが見るような形で物質は存在できなかったことがわかるのです。

われわれの宇宙は、超高温、超高密度の火の玉状態から大爆発(ビッグバン)してはじまり、膨張するにつれて冷え、現在は絶対温度3度まで冷えた状態なのです。ペンジアスとウィルソンが見つけた電波は、大爆発の名残だったのです。このような宇宙の理論を「ビッグバン理論」といい、彼らか見つけた電波を「宇宙背景輻射」といいます。つぎに、宇宙のはじめにいったい何が起こったのか、ビッグバン理論をもっとくわしくお話ししましょう。思いもかけない大事件が、次々に起こったのです。

— posted by 宇多元 at 12:21 pm