宇宙

2008年9月12日

宇宙の向こう側

横山　順一・竹内　薫　　青土社
　　ビッグバンは宇宙の始まりではない。ビッグバンには「前」がある。宇宙が始まって、何かものすごいことが起きてから、ようやく「ドカン」と宇宙は爆発した。
　量子力学の特徴は揺らぎというものがあること。ビッグバンは宇宙の中で起こるけれども、起こっていることは、私たちには見えない。それは私たちにはブラックホールが出来ているようにしか見えない。
　量子とは、「とびとびの値をとる」という意味。数値が連続してなめらかに変化していくのではなく、とびとびの値しかとらないということ。量子化された状態というのは、デジタル時計のようなもの。いろんな量が、とびとびの離散的な値しかとらない、その意味で、デジタル的な世界というのが量子力学の描く世界である。
　量子は状態を表すものであって、個性がない。
　量子力学の一番の特徴は、ある状態をぴたっと特定できないこと。例えば、ある粒子に着目したとき、その粒子が今どこにあるのか特定できない。もっとモヤモヤした状態でしか言えない。位置と速度を同時に決めることが出来ない。そんな不確定性関係にある。そのモヤモヤこそが、ある意味で、宇宙の全ての構造のもとになっている。
　いろんな宇宙がある。実は、近いところに別の宇宙がポーンとあるかもしれない。あるけれども、全然見えていない。
　私たちの見える範囲、差し渡し１４０億光年の宇宙というのは、非常に綺麗なかたちをしていて、つるつるで綺麗なもの。１４０億光年しか見えないからと言って、そこで宇宙が終わっているわけではない。もし１４０億光年離れたところまで行くことができれば、その先も見えるはず。しかし、行くことが出来ないのでそこから先は想像するしかない。端は、今みえている範囲の５００倍以上は遠くにあるだろう。
　２００億年経てば、あと２００億光年を見渡すことができるというように、時間が経てば見える範囲が広がる。しかし、そのあいだにも宇宙はどんどん膨張していくので、ぐしゃぐしゃな場所もさらに遠ざかっていってしまう。見えるようになるよりも遠ざかる（宇宙が膨張する）スピードのほうが速いので、追いつくことはできない。宇宙の果ては、恐らく、いくら時間をかけても見ることはできない。
　アインシュタインの理論では、地球があると、地球のまわりの空間が曲がる。
　現在、遠くにたくさんの銀河が見える。これらの銀河はどんどん遠ざかっていって、１０００億年もしたら、一個しか、つまり私たちの住む銀河しか見えなくなる。ほかの銀河は遠ざかって見えなくなってしまう。それだけ宇宙の膨張は速い。
　ただし、人類があと１０００億年もつのかどうか･･･。生命が誕生して３８億年というので、更にこれから１０００億年ももつのかどうか、ということだ。
　宇宙には、人間を構成しているバリオンとよばれる物質が４％、銀河の周りに目には見えないけれど重力を測ることによってあることが分かるダークマターが２２％、それ以外にダークエネルギーが７４％あることが分かっている。この宇宙全体で７割以上を占めるダークエネルギーが、つい最近まで、存在することすら分かっていなかったというのは、極めて面白いことだ。今、宇宙に関しては、ダークエネルギーが一番の課題。
　ううむ、宇宙のことはともかくスケールが大きいですね。人生わずか５０年と信長は桶狭間の合戦の前に歌ったそうですが、ここで登場するのは何億年というスケールなのです。まるで人間業ではありません。
　
（２００８年６月刊。１８００円＋税）

2008年3月24日

リーヴィット

著者：ジョージ・ジョンソン、出版社：ＷＡＶＥ出版
　宇宙を測る方法、というのがサブ・タイトルです。オビには、夜空の彼方にまたたく変光星の輝きから、宇宙の広さを解く鍵を見つけ出した女性。彼女は紡績工場と大差ない時給３０セントで働く天文台の一職員だった、と書かれています。
　リーヴィットはハーバード大学の天文台の職員として星の写真乾板を整理しているうちに、変光星を発見したのです。
　リーヴィットの仕事は、星の等級を測定し、記録する天体測光。長時間露出で星を撮影すると、明るい星ほどたくさんの乳剤の粒子に化学変化を起こし、乾板に大きな点となって写る。つまり、大きさが明るさを示す。
　リーヴィットは、変光星を探す調査を受けもった。違う時期に同じ夜空の場所を撮った２枚の乾板を重ねると、変化を起こしている星を見分けることができる。明るさが変わらないと、大きさも変わらないのでぴたり重なり、お互いを消しあって見えない。少しでも明るさが増している星は、点を縁どるリングの形で姿が残る。明るさが増した分だけ点が大きくなるからだ。
　リーヴィットは１９０４年、時を変えて撮影された小マゼラン星雲の写真乾板を比較して変光星を見つけた。翌年までに２５個の変光星を発見した。１９０８年には、マゼラン星雲の１７７７個の変光星という論文を発表した。そして、そのなかで、明るい変光星ほど長い変光周期をもつ事実を指摘した。
　これは、変光周期から星の本来の明るさを判断できるということ。そうすると、見かけの明るさと比較して、星までの距離を推定することが可能になる。星の変光周期を測定すれば、その値から絶対等級が分かる。絶対等級が分かれば、見かけの明るさと比べて、星までの距離も分かることになる。空間を進む光は逆２乗の法則にしたがって拡散減少するから、距離の差を２乗すれば、明るさの差が求められる。ほかの条件が同じだとすると、９分の１の明るさの光は、３倍の距離の場所にある。距離の測定結果が得られている近くの星雲を選んで全体を標準光源にし、真の明るさを推定して、遠くの星雲もほぼ同じ光量を放出しているはずだと仮定し、逆２乗の法則で距離の計算を行う。
　距離が遠ければ、赤方偏移は大きくなる。光は、旅する距離が長いほど、エネルギー低下が起きて波長が引き伸ばされ、スペクトルが赤の方向へ偏移は物差しになる。たとえ観測対象がどんなに遠くにあろうと、光さえとどいていれば距離を測れるということだ。
　うーん、ここらあたりは難しすぎて、私にはよく分かりません。
　プリズムをつかえば、地球にいながら、１億５千万キロの距離にある太陽の化学組織を判読できる。
　アンドロメダ銀河は２００万年光年の距離にあり、天の川の銀河の２倍の大きさであるらしい。もっとも大きな集団は２０００あまりの銀河をもつ乙女座銀河団だ。これら全体で直径２億光年、数千の銀河を有する局部超銀河団を形成している。私たちの天の川銀河はここに属する。銀河は、太陽系から１０億光年の範囲に限っても、数千万はあると考えられている。
　赤方偏移を利用して銀河や銀河団の後退速度を測定し、ハッブル定数で割って距離を算出する。視覚で確認されている宇宙は、１００億光年の彼方まで広がっている。しかし、１９２０年代まで、多くの天文学者は、宇宙には天の川銀河だけしかないと考えていた。
　分からないことだらけの本でしたが、宇宙の広大さと、それに人間が挑んでいることを知って、うれしくもなりました。たまに宇宙の本を読んで、気宇壮大になるのもいいことです。いつも、人間のちっぽけで、かつ、大きな悩みにつきあわされている身としては、とくにそう思います。
（２００７年１１月刊。２４００円＋税）

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