ビッグバン宇宙論
💥 はじめに
本記事「ビッグバン宇宙論」では、宇宙に始まりがあるという考えが、どのようにして科学理論として成立したのかを扱う。 相対論によって「宇宙全体」が物理法則の対象になった結果、天文学はついに 宇宙の誕生・進化・現在の姿を一貫した理論で説明する段階へと進んだ。
🌌 静的宇宙から動的宇宙へ
🧠 一般相対論が孕んでいた可能性
一般相対性理論の方程式は、本質的に 宇宙が時間とともに変化する解を許す。 しかし当初、多くの物理学者は
- 宇宙は永遠不変
- 全体としては静的である
という直感を捨てきれなかった。
当時の「宇宙は静的」という前提は、観測事実ではなく人間の直感に基づいていた。
🧮 宇宙膨張解の出現
📐 アレクサンドル・フリードマンの解
1920年代、フリードマンは一般相対論の方程式から、
- 宇宙が膨張する解
- 宇宙が収縮する解
が自然に導かれることを示した。 これは観測に基づかない、純粋に数学的な帰結だった。
フリードマン方程式は、宇宙全体の時間発展を初めて数式で記述した。
🔭 観測が理論を追認する
🌠 銀河の赤方偏移
1929年、エドウィン・ハッブル は、 遠方銀河ほど赤方偏移が大きいことを発見した。
- 銀河同士が遠ざかっている
- 距離に比例して後退速度が大きい
これは、宇宙空間そのものが膨張していることを意味していた。
ここで初めて、理論が先行し、観測がそれを追認するという近代宇宙論の典型パターンが確立した。
🧠 ビッグバンという発想
🔥 「始まり」を含む宇宙モデル
宇宙が膨張しているなら、時間を逆に辿れば、
- 銀河はより密集
- 物質は高温高密度
- やがて一点に収束
という状態に至る。 これが後に「ビッグバン」と呼ばれる概念である。
「爆発」という言葉は誤解を招きやすい。ビッグバンは空間内の爆発ではなく、空間そのものの誕生と膨張を指す。
🧪 ビッグバンの物理的証拠
🧬 原始核合成
宇宙初期の高温高密度状態では、
- 水素
- ヘリウム
- 微量のリチウム
が理論的に生成される。 観測される元素存在比は、この予測とよく一致していた。
恒星内部で作られないヘリウムの存在比は、宇宙初期に由来する証拠と解釈された。
📡 決定的証拠：宇宙背景放射
🌡️ アーノ・ペンジアス と ロバート・ウィルソン
1965年、彼らは全天から一様に降り注ぐ微弱な電波を発見した。 これは後に、
- 宇宙マイクロ波背景放射（CMB）
- ビッグバン直後の「名残の光」
と解釈される。
CMBの発見により、ビッグバン宇宙論は仮説から標準理論へと昇格した。
🧭 定常宇宙論との決着
⚖️ 競合理論の敗北
一時期、宇宙は膨張しても密度が一定に保たれるとする 定常宇宙論が提唱されたが、
- 原始核合成
- 宇宙背景放射
という観測事実を説明できず、主流から退いた。
観測と矛盾する理論は、どれほど美しくても科学としては生き残れない。
🧩 まとめ：ビッグバン宇宙論の意義
- 宇宙には有限の過去がある
- 宇宙の進化は物理法則で追跡できる
- 観測・数学・理論が初めて完全に結合した
ビッグバン宇宙論は、 人類が「宇宙の起源」を科学として語れるようになった瞬間を示している。
次章では、この宇宙論を支えるために発展した 「現代の観測技術」 を扱う。 宇宙の初期状態を、どのような装置と手法で読み解いているのかを見ていく。