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科学・テクノロジー その18「宇宙の始まりが見えた? 原始重力波?」


本 今年(2014年)の3月17日は、天体物理学者のみならず、世界中の物理学者がある「観測結果」に色めき立ったようです。もちろん、新聞や各メディアでも紹介されましたけど、その「観測結果」とは「原始重力波」…。私の雑学好奇心が「触れてはならない領域」に突っ込みたくてムズムズとし始めました。「え、原始重力波…!」「宇宙の始まりが見えたって…!」「重力波って、観測できるんだっけ…?」と脳が騒ぎ始めます。しかし、先に述べたように、それは「触れてはならない領域」なのです。なぜなら、ある程度までは「分かったような気になれる」のですが、どうしようもない「壁」が立ちはだかるのです。それは「イメージ」…。妄想力を頼りになんとかイメージで捉えようとするのですが、いつもある所で「ブラックアウト!」…。それは、もともと数学力が無いのか、勉強をサボったツケなのか、そこから先は「数学」という学者の共通言語で表される世界…。撤退を余儀なくされます。

卑近過ぎる例えなのですけど、自分もテキトーにサイトなど作っていますが、昔、プロがテキストエディターにタグを直接スイスイ打ち込んでいるのを見て「あの、それで仕上がりの表示って、イメージできるの…?」と聞いたら、「もちろん」とキッパリ答えられました。これなんですよ…。数学者たちは「数式」を見て、それをイメージできるのでしょう。当然、私は無理です。それでも何とか、妄想力を総動員するのですが、ダメです。「光」などが典型ですが、「波と粒子の両方の性質を持つ」なんてのは、粒子が波のように進んでくるのではないし、粒子の集まりが波を起こしている訳でもありません。イメージできません。で、「光は波と粒子の両方の性質を持つ」、あ、そうですか、ハイハイ…。もう、それを丸呑みするしかありません。

それでも何とか「自分なりのイメージ」にトライしますが、撃沈されます。それが今度は「重力」です。我々が生きて認識可能な世界は「ユークリッド幾何学」と「ニュートン力学」で出来上がった、誠に美しい世界です。しかしこれが一旦、「量子」の世界に入れば、何でもありの世界になってしまいます。在る筈の無いものがいきなり生まれたり、消えたり、ひとつのものが同時に二つの場所に存在したり、質量とエネルギーが不規則に揺らいだり、時空が伸び縮みしたり…。まあ、だから好奇心がウズき始めるのですけど…。ハイ、破綻覚悟でこの「原始重力波」なるものと格闘してみます。
     
この手の事が好きな方はご存知でしょうが、自然界の四つの力(素粒子の相互作用)には「強い相互作用」「電磁相互作用」「弱い相互作用」、そして「重力相互作用」がありますけど、物理学者はこの四つの力を一つの理論で説明できる「統一場理論」にチャレンジして、現状では何とか三つまでは統一できるようです。で、その三つに入らないのが「重力」。「重力」は存在しないという説を提唱している学者もいるようで。重力は万有引力と同義のようですが「重力波」はアインシュタインが予言した概念です。大雑把にいえば、巨大な質量を持った物体が高速で移動するときに発生する「時空の歪み」が波動として伝わる現象です。ここでまたややこしいのが「光」といっしょで、この重力波を媒介するのが重力子(Graviton)という考えもありますけど、これはまだ検出されていません。重力子はあらゆるものを通り抜けてしまうので検出が不可能だとされています。鯨の網でメダカを掬うようなものか…。故に、冒頭の「重力波って観測できるんだっけ…?」という素人のビックリが起こった訳です。

しかし、新聞にはその「重力波」のイメージ(ハーバード・スミソニアン天体物理学センター)が載せられていました。これは正確なシステムを理解するのは素人には無理ですが、簡単にいえば「間接的に、ある現象から捉える」という観測法があるようです。で、この「原子重力波」が観測されたという事は、それにより「宇宙誕生のシナリオ」が見えてくる事を意味し、となれば、全ての力を一つの理論で説明できる「統一場理論」の可能性、万物の理論「超統一理論(Super Unification Therory)」の可能性が出てくるという事です。なぜなら、おおもとの宇宙が一つであった時点の姿を描き出せるからです。ここで、ちょっと箸休め代わりにボケをかまします。実は、もう脳が茹で上がる寸前です…。
    
20世紀初期には「定常宇宙論(宇宙は最初から最後まで同じ)」と「ビッグバン宇宙論」が併存していましたが、1964年に「宇宙マイクロ波背景放射(輻射)」が観測されてからは、「定常宇宙論」は息の根を止められました。この宇宙全方位から来る放射は、かつて古代の宇宙は小さくて超高温超高密度の火の玉から始まった事(ビッグバン)の証拠となります。超テキトーにいえば、ビッグバンという火の玉の「残り熱」が今も宇宙に広がっているという事でしょう。そして、今回の「原始重力波」の発見は、宇宙の始まりは「大爆発(ビッグバン)」から始まったか、「急激な大膨張(インフレーション)」から始まったかという論争に「動かぬ証拠」を突きつけたという事。つまり、この宇宙はまず「急激な大膨張」から始まったという痕跡がその「原始重力波」によって示されている、という事のようです。

ちなみに、欧米では「ビッグバン」から始まったと考える学者が多く、日本では「インフレーション」から始まったという学者が多いそうです。前述した、「重力波」は猛烈なエネルギー(大きな質量の強い運動)から生まれるため、この素粒子より小さかった宇宙が1秒より遥かに短い時間で急激に膨張するという激しい現象から大きな重力波が生まれ、その特徴として「渦巻き模様」を描くというのです。今回観測された「原子重力波」にはその渦巻き模様がハッキリと現れています。これは「宇宙マイクロ波背景放射(輻射)」にもみられる特徴であるとの事。この渦巻は重力が歪ませる時空によって引き起こされ、その名残が今も宇宙に広がっているという事だそうです。という事は、歪むための「時空」が必要です。で、インフレーションが先に起こった、と。ちなみに、前に述べた「重力の間接的な観測」とは、この時空の歪みを観測する事によって間接的に重力を捉える手法だそうです。時空が歪む…。この辺りはもうイメージとして頭の中に像を結ぶのは無理です。

しかし、素人の強みで妄想力を働かすなら、インフレーションとは「最初の時空」を猛烈な膨張のエネルギーで生み出し、その直後にそのエネルギーが「ビッグバン」を起こし、「あらゆる物質の元」を生み出したというシナリオ(その間、10の32乗分の1秒)は、いきなり何かが大爆発したという事よりも、多少はイメージしやすいと感じます。雑駁に言えば、花火の余韻のようなもので、インフレーションから「原始重力波」、ビッグバンから「宇宙マイクロ波背景放射(輻射)」が名残として宇宙の中に残っている…。それは「量子力学の世界から、相対性理論への世界」がリニア(?)につながっていく行程であるように思えます。事実、学者たちもその期待に色めき立っているようですから。
     
この話はまだまだ先が長そうです。なぜなら、「原子重力波」が観測されたといっても、まだ全宇宙の数%の範囲からでしかないからです。しかし、いきなりオッサン臭い事を言いますが、やはり「人間の脳の力」「考える力」というのは素晴らしい。それは特定の個体のみに与えられるのではなく、全ての人に与えられているのでしょう。ただ、その考え続ける力がどこまでモツかには個人差があるでしょうけど。技術はその結果であり、全ては「考える力」から発しています。「宇宙の事より今日のご飯」という現実もありますが、想像する力(イメージ力)は何者にも疎外される事はありません。

「宇宙の始まり」など、目も眩むような途方もない出来事ですが、そこに思いを至らせることができる人間がいるのです。「一知半解」「勘違い」「誤解」「間違い」、怖れるに足らず、です。多分これからもド素人の頭で「光とは…?」「重力とは…?」なんて懲りもせず考えるんでしょうね。何と楽しい。という事で、私の脳が酸素とブドウ糖を使い果たしました。

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