白隠フォーラム in 東京 第Ⅱ部 佐藤勝彦「宇宙誕生のシナリオ」＠紀伊国屋ホール

　この講演の正式なタイトルは「宇宙誕生のシナリオ インフレーション理論－観測的実証への期待」である。

　以下は、小生のメモであるが、なにせ初めて聞くことばかりで、目から鱗だった。修正すべき点があれば、「非公開コメント」でご連絡ください。

★宇宙の始まり：　聖書には創世記、わが国では古事記の神話、ヒンドゥー教ではシヴァ神が宇宙の始まりともいえるが、実際の宇宙には始まりというものがあったのだろうか？

★銀河：　「天の川銀河」は太陽などの星が2000億個集まったものであり、太陽系はその中心よりずれたところに位置している。そして天の川銀河の傍には、トマセラン星雲や大マゼラン星雲がある。この天の川銀河から230万光年隔たったところに「アンドロメダ銀河」があり、これはM33銀河を従えている。「銀河宇宙」は100億光年を超す距離を持ち、蜂の巣状の構造分布を示す銀河で満ち満ちている。

★宇宙の誕生：　これを知るには時間と空間の物理学、すなわち「一般相対性理論」が必要である。今年は一般相対性理論誕生100周年であるが、アインシュタインは「神がどのような原理に基づいてこの宇宙を創造したか知りたい」と思っていた。一般相対性理論とは「時間空間が曲がることを考えた時空の物理」で、「アインシュタイン方程式」（↓）が重要である。この式の右項で示される「物質やエネルギーの分布」が決まると、左項の「時間空間の幾何学」が決まる。この方程式によって、宇宙の始まりなどの宇宙論の研究が可能になった。★ハッブルの法則：　これは、天体が我々から遠ざかる速さとその距離が正比例することを表す法則で、遠くにある銀河ほど高速度で遠ざかることを示している。この法則によって、宇宙が膨張しているという事実が認められた。宇宙は現在も膨張してしているわけだが、このことは過去から始まったに違いない。換言すれば、宇宙は永遠不変のものではなく、始まりがあったと考えられるのである。

★　ビッグバン宇宙論：　ビッグバン理論は、1948年にジョージ・ガモフが仮定として提唱したものである。私は、少年時代にガモフの「不思議の国のトムキンス」を読んで、天文学者になりたいと考えたこともあったので、この講演にガモフの名前が急に出てきて不意を突かれた。

　それはともかく、初期の宇宙は熱した「火の玉」として生まれたとされている。その火の玉が膨張して、宇宙温度が低下すると、重力によりガスの塊になり、星ができ、銀河ができ、銀河団ができたというのである。

　しかし、当時は「宇宙がなぜ火の玉から始まるのか」とか「宇宙がなぜ膨張するのか」ということは分からなかった。

★宇宙の誕生とインフレーション：　これは旧来のビッグバン理論の「始まりの問題」を解くために、佐藤先生やグースによって提唱された理論である。　この場合のキーワードは「真空のエネルギー」であって、物理学的な「真空」には「ゆらぎ」が存在していることがポイントである。この「ゆらぎ」というのは、素粒子のペアが生まれたり（「有」の状態）、消えたり（「無」の状態）していること、つまり「有」と「無」が揺らいでいるということである。「真空」とはエネルギーが小さいが、物理的実体なのである。

★真空の相転移：　宇宙の始めの真空状態はエネルギーが高い状態であった。このエネルギーによって急激に宇宙が膨張すると、それだけ密度が低くなって、温度が急に低下する。その際に水が氷点以下になっても一時的に凍らず、水のまま持ちこたえる「過冷却」状態に陥る。

　その間に蓄えられた膨大なエネルギーが真空の「相転移」（※）によって解放され、ごくわずかだった宇宙が「火の玉宇宙」になる。
　（※）固体、液体、気体のように物質の質的に異なった状態を「相」といい、物質状態の移り変りを「相転移」という。

★ヒッグス粒子の発見：　真空の意味を変化させたヒッグス粒子の発見も、インフレーション理論のサポートになっている。「真空」は空っぽのものではなく、ヒッグス粒子が満ちた状態であり、このヒッグス場に相転移が起こって、エネルギーが供給されて宇宙が進化していったと考えられる。

★宇宙の多重発生：　これは佐藤先生らが提唱している理論で、「母宇宙」から出た「ワームホール」が「子宇宙」に繋がり、「ワームホール」はその後切れてしまうと考えるのである。さらに「子宇宙」から「孫宇宙」ができ、宇宙が増えてゆくという理論であるが、実験的には検証できない理論である。このような「無数の宇宙」は‘multiverse’と呼ばれている。

★無からの創生：　　ビレンケンは「宇宙は’無’の状態、すなわち物質やエネルギーのみならず時間も空間も存在しない状態から創生される」としている。

　このような「無からの創成論」はこれからの研究が期待される分野である。ホーキンスの「量子宇宙論」についても触れられた。

★インフレーション理論の観測による実証：　下記のようなものが挙げられた。

　1) NASAのCOBE衛星　1992年: 宇宙全体の宇宙背景放射を探査し、その電波にごくわずかなムラがあることを発見した。インフレーション理論において、銀河や銀河団が誕生するには、宇宙の初期にその種となるような温度のムラが必要であると予測していたことが確認された。

　2) NASAのWMAP衛星　2003年:　 遠くの観察によって過去が見られるという原理に基づいて、現在の宇宙年齢は137億年であると推定した。

　3) 欧州ESAのPlanck衛星　2013年：　宇宙年齢は138億年と求められた。

　4) KAGRAプロジェクト：　神岡鉱山の大型冷却重力波望遠鏡

　5) NASAとESAのLISA計画：　重力波天体観測惑星

　6) DECIGO:　日本の人工衛星計画

　7) BICEP2: 南極点の電波望遠鏡

　8) LiteBIRD：　インフレーション観測専用望遠鏡

　講演の最後に出されたスライドは、ゴーギャンの《われわれはどこから来たのか われわれは何者か われわれはどこへ行くのか》であって、本日の講演のまとめとなっていた。　その後、二人の講演者と司会者による「禅 vs 理論天体物理」の宇宙的な面白いパネルディスカッションがあったが、ここでは省略する。

美術散歩　管理人　とら


【註】　第Ⅰ部 芳澤勝弘「万法帰一と白隠」のメモはこちら。

【参照】　宇宙と光