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カテゴリー: 宇宙

宇宙138億年の歴史

カテゴリー:宇宙

(霧山昴) 

著者 佐藤 勝彦 、 出版 角川新書

宇宙の年齢は少し前まで137億年とされていたのが人工衛星による観測が飛躍的に進歩した結果、1億年のびて138億年となった。うひゃあ、知りませんでした。人間はわずか100年という一生ですから、1億年のびたといっても、まるで実感が湧きませんよね…。前の本のタイトルには、たしかに「宇宙137億年の歴史」となっていました。

著者とはまったく面識ありませんが、著者の弟は東大で同学年で、駒場寮では同じサークル(部室)でしたから、よく知っています。顔つきはそっくりです。やはり兄弟ですね。

宇宙の真空には何もないかというと、そうではなく、正体不明のエネルギーを隠し持っている。宇宙全体のエネルギーの7割を占めている。すべての約73%を占めている。そこでは素粒子が沸き立っていて、素粒子が生まれては消えている。真空は「絶対的無」というものではない。

宇宙誕生から1万分の1秒後はばらばらなクォークたちが2〜3個の単位でくっつき始める。宇宙が誕生して3分後、急激な膨張によって宇宙内部の温度は10億度にまで下がり、陽子と中性子が集まって、水素などの軽い原子核をつくり始める。

宇宙が誕生して38万年後、それまで散乱していた光が進みはじめる。そして、原子核と電子から成る原子がつくりあげられた。

2億年後、核融合によって輝く、最初の星が誕生する。

人類は、宇宙という巨大な生態系の中で、星くずを原料として生まれた。

宇宙は、まるで蜂の巣のような分布をしていて、蜂の巣の縁にあたるところに銀河が集中していて、真ん中の穴にあたる部分には銀河はほとんど存在しない。

人間の身体は、おもに炭素化合物からできている。骨にはカルシウムやカリウム、血液中には鉄分が含まれている。これらの元素のほとんどは超新星爆発によってつくられ、あるいは、星のなかでの核融合反応によってつくられ、爆発時に放出されたもの。

強い力は、電磁気力よりも1桁から2桁強く、重力は磁気力よりも40桁も弱い。ミクロな世界ではなく宇宙レベルになると、支配的なのは4番目の動力(重力)が効いている。というのは、強い力や弱い力は、力の届く範囲が極端に短いため。電磁気力は遠くまで届くけれど、宇宙全体で見ると、ほぼ同数なので、打ち消しあってしまう。引きあう力である、重力だけが宇宙の主役になる。強い力は、原子核の内部の力。

太陽のエネルギーは、核の反応(核融合)がその源。世界のエネルギーのほとんどは、この「強い力」がもとになっている。

今ある物質の世界は、ビッグバンに先立つ宇宙創生の瞬間に存在した、ほんのちょっとした「対称性の破れ」から生まれた。もし、宇宙が完全な対称性をもっていたら、物質とその鏡像の性質をもつ反物質は同量だけ生まれて、すべてが打ち消しあって光だけが残ったはず。しかし、この微妙な対称性の破れのおかげで、物質だけがわずかに生き残り、星や銀河そして人間が存在する。

宇宙が誕生した真空のエネルギーは、体積が100倍、1000倍になろうが、エネルギー密度としては一定。ほとんど無に近いようなごくわずかの真空のエネルギーさえあれば、それを巨大な宇宙のエネルギーの源にすることも可能になる。

なぜ宇宙の空間の形は、138億年たった現在も、限りなく平坦な状態を保ち続けているのか…。これを平坦性問題と呼ぶ。この平坦性問題がインフレーション宇宙論で解決できるのは、宇宙が急激に膨張するから。

素粒子の一つである光子は質量がゼロなので、秒速30万キロの光速で飛べる。ところが、電子やアップ・クォーク、W粒子など、ほとんどの素粒子は光速では進めない。質量をもっているからだ。

分からないなりに、なんとか宇宙の成り立ちを知りたくて読みすすめました。

(2026年6月刊。1320円)

質量はなぜ存在するのか

カテゴリー:宇宙

(霧山昴) 

著者 橋本省二 、 出版 講談社ブルーバックス新書

重力というのは質量をもつ物質の間に働く引力。

有限の質量をもつ粒子は、決して光速に達することはない。エネルギーが無限大になってしまうから。逆に、光速で進む光では、対応する粒子(光子)は質量ゼロでなければならない。

電子をあらわす波全体がもっている運動量は、その波の波長に反比例する。つまり、波長が短ければ短いほど大きな運動量をもつ。波長が短い波は速く振動する。陽子の質量は電子の1800倍もあって、全然違う。

生成された反粒子は、やがて周囲にある粒子と出会って合体し、その質量に相当するエネルギーを放出して消えてしまう。反粒子をつくるのは今や難しくないが、反粒子を貯めておくのは、ずっと難しい。

電子は今も素粒子だと考えられている。つまり、それ以上は分割できない。

地球は太陽のまわりを回っていて、その向きは北極星の方向から見ると、反時計回りだ。

原子核は陽子と中性子とで出来ていて、それらの数によって、さまざまな原子核がつくられる。原子核は電気的にプラスの陽子と電気的に中性な中性子が集まって出来ている。

電磁気力も強い力も働かないおかげで、ニュートリノは物質を簡単にすり抜けていく。その存在を確認するのは、恐ろしく難しい。宇宙を飛び交っているニュートリノの数はそれこそ膨大なのだが、エネルギーが低すぎて観測にかからないものがほとんどだ。宇宙から降り注ぐニュートリノは、そのほとんどがスーパーカミオカンデでも何も起こさずにすり抜けていくが、そのうちのごくわずかが水の分子にぶつかって検出される。いったい、そこになんの違いがあるのでしょうか。単なる偶然なのでしょうか。

素粒子には、もともと質量がなかった。しかし、現に素粒子は質量を持っている。

素粒子には個性がない。エネルギー(つまり質量)が正確に決まった粒子は、ずっと安定して存在し続ける。

真空中では、クォーク・反クォーク対が生まれたり消えたりしつつ、全体の平均としては、いつもそこに対として存在している。

自発的対称性の破れが宇宙の真空で起きていることは、もはや疑いようがない。

量子色力学の真空は、たしかに対称性を壊しているし、それによって陽子・中性子が質量をもつことも数値シミュレーションの助けを借りて確認された。

光子は質量が0の粒子で、その到達距離は無限大だ。

素粒子の世界は、もっと深くて広い。まったく分からないなりに、ともかく何かを分かりたいと思って読みすすめました。

(2025年12月刊。1320円)

宇宙でウンチ

カテゴリー:宇宙

(霧山昴) 

著者 A・ポンド・ストーンとC・ホワイト 、 出版 あすなろ書房

みんなの知らない宇宙トイレのひみつ。こんなサブタイトルのついた科学絵本です。小学3・4年向けということですが、大人が読んでも楽しく学べます。

おしっこ(尿)のほうは宇宙船のなかで再生して飲用水としていることは知っていました。 

私が大学生のころ、朝一番の自分の尿を飲むと健康にいいという本があり、それを弁護士になって実践している(という)知人がいました。他人の尿ではなく自身のもので、朝一番の尿には雑菌が入っていないので健康にいいと書いてありました。私もその本を昔、読んだのです。

しかし、ウンチ(大便)のほうは再生利用は難しいでしょう。将来、宇宙船のなかで野菜栽培室がつられたら肥料になるのかもしれませんが……。

当初のころの宇宙船にはトイレがなかったそうです。だって宇宙船に滞在する15分以内ほどでしたからね。ところが、15分以内で地上に戻ってこれなかった、機械の不具合から40時間も滞在してしまった飛行士がいたそうですね。もちろん、おもらししたことでしょうね…。

1968年のアポロ7号から1972年のアポロ17号まで、まだトイレは宇宙船になかった。お尻にビニール袋をあてて排泄し、バクテリアを殺す薬品を入れてよくモミモミする。そうしないと、ウンチからガスが 発生して袋がふくらみ、大爆発を起こしてしまいます。うひゃあ、それじゃあ大変ですよね…。

1998年に打ち上げられた国際宇宙ステーションには、トイレが2個ある。今は1年も宇宙船で生活するのですから、当然ですよね。

おむつ以外に、何かいい処理方法がないか、現在も引き続き、模索中のようです。真空パックにしたウンチを地球めがけて打ち出す。すると、地上に到達するまでに燃え尽きてしまう。まあ、当分はそれしかないのでしょうね。ウンチの再利用はなかなか難しいことでしょう。

ウンチといえば、考古学者の本を読むと、同じ食物をとっていても、男女で大便の成分比が異なるので、男便所か女便所か発掘したときに違いがわかるそうです。これまた不思議ですよね…。

(2026年4月刊。1650円)

「望遠鏡と天文学者」

カテゴリー:宇宙

(霧山昴)

著者 有本 信雄 、 出版 d ZERO

まえがきに、こう書かれています。太陽は、まだ誕生して46億年しか経っていないが、矮小(わいしょう)銀河の星の中には120億年以上という老齢な星がある。

どうでしょうか。46億年というのを、「まだ」と言い切るところは、さすが天文学者ですよね。たかだか100年ほどしか生きない人間なんて、ちっぽけすぎてケシ粒ほどにもなりませんね。

地球はいずれ今の金星のような灼熱(しゃくねつ)惑星になる。すべての生命が住めない天体になる。ただし、それは10億年後のこと。

著者は、だから、いずれ人類は地球から脱出しなければいけないと考えています。ハビタブルゾーンのある天体に移住するしかないというのです。でも、そんな天体を人類は先に見つけることが出来るのでしょうか。また、万一見つけたとしても、そこに到着できるでしょうか…。

トランプや高市のような、目先の自分のことしか考えない政治家が大手をふって闊歩している地球。戦争の収まらない地球で、そんなことを考えている余裕があるのか、本当に不安でなりません。

人類が生存できる環境とするには、10億年から40億年という、無限に長い時間がかかる。著者はこうも言っています。トランプは地球温暖化なんて嘘だわめき散らし、世界的な取り組みに背を向け、足をひっぱっています。

高市さんはトランプに抱きつき、まったく盲従するばかりです。アメリカにこびへつらうだけの日本の首相は、世界中の笑い者です。ところが、支持率はまだ5割とか6割というのです。トランプだって3割台にまで下がっているというのに…。

冷害を心配していて宮沢賢治の時代は地球温暖化を心配する必要はなかった。なので、火山を噴火させて二酸化炭素を増やして気温を上げようという話が小説の中に出てきた。今は、もはやそんな時代ではない。

著者は運転免許証を持たないのですが、不便な生活を余儀なくされました。でも、それは、自動車の排出ガスを増やすのに自分も加担したくないからなのです。偉いものですね。

宇宙には2000億個の銀河があり、銀河には2000億の恒星がある。その星の1割には惑星があるだろう。すると、そのなかには人類が住める惑星があるのかもしれない。

私たちは、いったいどこから来たのか…。日本は地球温暖化をストップさせる努力を何もやっていない。残念な現実だ。

先の毎日の夕刊(5月1日)に、エイモリー・ロビンスさんというアメリカのエネルギー研究者のインタビュー記事がのっていました。この人は日本が原発回帰策を進めようとしているのは間違いだとしています。再エネ、省エネと比べて原発はコストが高いうえに今から10年もかかる原発に頼らずに再エネと蓄電池で電源を確保すべきだと強調しています。本当にそのとおりです。

原子力ムラとそれに群がる高市首相のような政治家たちが利権を吸うような、汚職にまみれた世界に戻ってはいけません。

それにしても、夜まともに眠れない天文学者って、大変な仕事ですね。頭が下がります。

(2026年2月刊。3520円)

宇宙暗黒時代の夜明け

カテゴリー:宇宙

(霧山昴)

著者 島袋 隼士 、 出版 講談社ブルーバックス新書

 自分が死んだあとの世界はどうなるんだろう…と考え悩むのが馬鹿らしくなるのが宇宙の話です。そこでは、たかだか100年しか生きられない人間と違って、何万年どころか、何億年というスケールで話が展開していきます。太陽があと50億年もすれば消滅するというとき、もちろん地球も消滅するわけですが、あらゆる生命体も消えてなくなり、恐らく原子状態になってしまうのでしょう…。

 この本の冒頭部分に、鎌倉時代に藤原定家の書いた「明月記」に1054年11月8日、超新星の爆発(かに星雲)を目撃したという記事があることが紹介されています。明月記に書いてあるのを超新星の爆発と結びつけた人は本当に偉いと私は思います。

宇宙は静止した永遠不変の存在ではなく、時間とともに膨張したり収縮したりする可能性がある。これがフリードマン方程式。

 ところが、かの有名なアインシュタインは、宇宙は永遠に不変なものと考えたといいます。もちろん、今では間違いとされています。

星までの距離をどうやって測るかというと、星の明るさが変わる周期とその星までの距離との間に対応関係があるから。なので、星の変光周期を測定したら、その星までの距離を測定できる。どういうことなのか、まったく分かりませんが、ともかく星までの距離は、そうやって測られているのです。

 ダークマターは、電磁波を一切、放射・吸収・反射しない。つまり、光では決して直接見ることはできない。それは「暗黒」というより、「透明」。

 銀河団の質量のうち80~90%がダークマター。銀河団は太陽の100~1000兆倍もの質量をもっているが、そのうちの大半がダークマター。

 宇宙全体の27%がダークマターで、68%がダークエネルギー。残る35%がバリオン、つまり私たちの身の回りの物質。なので、私たちは宇宙の成分の95%を今なお、理解していない。

ブラックホールは、「穴」ではなく、非常に高密度な天体である。

 ファーストスターは、ビックバンから数億年後、宇宙がまだ幼い時代に生まれた。

 重力波を検出するのは、とても難しい。理由は信号の弱さにある。重力波は時空を伝わる波で、重力波が通過すると、時空の長さが変化する。その変化を重力波の信号として受けとるが、その変化する時空の長さは「太陽と地球の距離が、水素原子1個分の大きさだけ変化する」という、途方もなく小さなもの。想像を絶する小ささのレベルですね…。

 著者は東北大学を卒業して名古屋大学で博士号をとったあと、パリ天文台につとめ、その後、中国の北京・雲南で研究してきました。現在も雲南大学の教授です。天文学者って、世界をまたに歩く仕事なんですね。

 そして、宇宙は謎だらけだから研究が面白いとのこと。きっとそうなのでしょうね。門外漢の私には、この新書のように、ここまで分かったという素人向けの解説書を引き続き読んでみたいと思っています。

(2025年11月刊。1100円)

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