2024年05月17日

いったい、どのようにこの宇宙は誕生したのか 最新研究からの「驚きの仮説」

138億年前、点にも満たない極小のエネルギーの塊からこの宇宙は誕生した
そこから物質、地球、生命が生まれ、私たちの存在に至る
しかし、ふと冷静になって考えると、誰も見たことがない「宇宙の起源」をどのように解明するというのか、という疑問がわかないだろうか? 

*本記事は、高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所・編『宇宙と物質の起源 「見えない世界」を理解する』(ブルーバックス)を抜粋・再編集したものです

私たちはどこからやってきたのか?

物事の起源に強い興味をもつのは、おそらく筆者だけではないと思います
なんと言っても、物事の起源にたどり着くと、今その物事がそうである理由が納得できたり、逆に思いがけない起源にたどり着いて、その意外性にさらに好奇心をそそられたりするものです

そもそも私たちは、どこからやって来たのでしょうか?
日本人の起源の研究には長い歴史がありますが、最近は発掘された人骨のDNA解析を通して飛躍的な進歩を遂げています
大陸から南北のルートで海を渡ってこの島国にたどり着き、四季を通じて美しさと険しさをたたえる自然の中で豊かな文化を育んできた日本人の起源が、最新科学研究による実証とともに明らかになってきています

これを人類という枠に拡大してホモ・サピエンスの起源とその進化についても、DNAレベルでの検証を伴って大きく進展していることは、2022年のノーベル生理学・医学賞がネアンデルタール人など古代人のDNA解析技術の確立に対して贈られたことから、ご存じの方も多いと思います
今では、約30万年をさかのぼるホモ・サピエンスの歴史を語ることができるようになっています

「数々の偶然」が私たちを生んだ

さらに生命の起源を巡る研究も盛んで、約40億年といわれる地球上の生命の起源が、そもそも地球の外に存在する可能性が検証されようとしていることは、「はやぶさ2」探査機がもち帰った小惑星の破片の分析が話題になって、ご存じの方も多いでしょう

そしてさらに歴史をさかのぼって、私たちを含むすべての物質の起源、またそれらをすべて包括する宇宙の起源は、おそらく人類が自分と自分以外の関係を考え始めたときから、ずっと大きな関心事であったと思われます

その記録は、古代ギリシャにさかのぼります
紀元前600年ごろには、ギリシャ七賢人の一人とされる哲学者タレスが、万物の根源、アルケーの存在を考え始めました
その後、すべての物質を、火、水、土、空気という4つの元素が愛という引力と憎しみという斥力で離合集散した結果として考える、哲学者エンペドクレス(紀元前450年ごろ)が現れました
中国でもすべての物質は5つの要素からなるという五行説が生まれるなど、一見複雑に見える世界が少ない要素から成り立っているのではないかという思索が、世界のあちこちに現れるようになりました

この純粋な思考のみに基づく推論、時に詩的とも思える自然観は、その後、約2000年の時間をかけて、実験という「再現できる事実」に裏付けられ、数学という「普遍的な論理」に支えられた、「素粒子の標準理論」として結実することになりました

この理論では、この宇宙に存在するすべての物質が6種類のクォークと6種類のレプトンから成り立っていて、それらの間に働く力はゲージ原理という数学的構造に基づいている、と理解されています
この理論に結び付く電子や原子核の発見が19世紀末から20世紀初頭にあり、同じ20世紀の後半には「標準理論」という包括的な理論に到達したことは、知識や技術の進歩が指数関数的に加速して進むことを示していると言えるのではないでしょうか

素粒子標準理論に代表される基礎科学の発展の歴史と現在の最先端の詳細は『宇宙と物質の起源』をご覧いただければと思いますが、近代の科学の進展が明らかにしたのは、この宇宙が138億年前に点にも満たない極小のエネルギーの塊から生まれたこと、その塊から私たちが生まれるまでには数々の偶然が重なっているらしいことです

138億年分の「宇宙カレンダー」が教えてくれること

138億年という長大な時間スケールを理解するために、私たちはよく「宇宙カレンダー」を用います

これは、宇宙開闢の瞬間を元日の午前0時、現在を大みそかの真夜中午後11時59分59秒に設定して、138億年の宇宙の歴史を慣れ親しんでいるカレンダーの1年間に圧縮して対応させたものです

宇宙カレンダーの1日は宇宙の歴史の3781万年に対応するので、例えば今から45.7億年前に起こった太陽系の形成は、大みそかより120日前、つまり9月2日未明の出来事になります
その日の夜(45.4億年前)には地球が生まれて、やがて海ができ、まもなく地球上に最初の生命が生まれた、と考えることができます
地磁気が形成されて宇宙から降り注ぐ放射線から生命が守られる状態がつくられたのが、海洋形成の少し前の9月11日(42億年前)
やがて光合成によって酸素をつくり出すシアノバクテリアも生まれました

地球全体が氷に覆われた全球凍結(スノーボールアース)は11月1日と12月13日、14日の3度あったと考えられています
12月18日(5億2500万年前)にはカンブリア大爆発と呼ばれる生物の種類の爆発的な増加があり、大型の生物が生まれるようになりました
その後に隆盛を極めた恐竜は、12月30日の早朝6時5分(6600万年前)に絶滅しました
私たちを含むホモ・サピエンスの登場は、除夜の鐘が鳴る大みそかの23時48分(31.5万年前)ということになります。

この「宇宙カレンダー」を用いると、全球凍結が日本で寒くなる時期に当たるので妙に納得したり、宇宙の膨張が加速に転じる約60億年前(7月26日)を夏の始まりの高揚感と結び付けたり、また、海洋の形成を厳しい残暑の疲労感と結び付けるなど、間違った印象を与えかねないのですが、138億年という圧倒的に長い時間を、全体を通して見渡している気分になれるという点は大きな効用だと言えます

時空を超えた人類の壮大なコラボレーション

そのように宇宙の歴史の中でほんの一瞬にすぎない存在である私たちが、宇宙の歴史全体を語り、その始まりを根拠とともに議論できるようになったことに、あらためて驚きます
これが可能になったのは、人類がサイエンスという重要なツールを手にしたからだと言えます

実験や観測によって確かめられた事実を、普遍的な論理関係を論じる数学で包括的に理解し、ある時点での理解を後世につなぎ、理解できる領域をどんどん拡大するサイエンスという営みのおかげで、1人の人間が明らかにできることを人類全体に広く共有して、また時代を超えて理解を磨き続け、人類は自然の仕組みを詳しく理解し、それに基づいて新しい技術を生み出してきました

つまり、サイエンスは時空を超えた人類の壮大なコラボレーションだと言えます

そして、今私たちが手にしている知見や技術は、時空を超えて多くの人の協力によって生み出されたことを思い起こすとき、その結果はやはり広く多くの人に知ってもらうべきであるし、より多くの人のために用いられるべきであることが、自然に理解できると思います
言うまでもなく、一部の人を利するために用いられたり、力によって他人の意見を変えることに使われたりしてはいけないのです

『宇宙と物質の起源』で宇宙・物質の起源について語るのは、この分野の最先端を開拓する研究者で、筆者を含めて茨城県つくば市に大学共同利用機関法人として設置された高エネルギー加速器研究機構(KEK)の素粒子原子核研究所に所属しています
ここでは、小林誠・益川敏英両博士の2008年ノーベル物理学賞受賞のきっかけとなる実験結果を生み出したBファクトリーのアップグレードを行い、そこで実施されているBell  II実験には世界中から1100名以上の研究者が集っています

また、茨城県東海村にもキャンパスをもち、日本原子力研究開発機構とともに建設したJ-PARCという大強度陽子加速器施設を運営してニュートリノ振動実験をはじめとする素粒子原子核研究を展開しています
さらに、スイス・ジュネーブ近郊の欧州合同原子核研究機関(CERN)でのATLAS実験に日本国内の大学とともに重要な貢献を行い、国際リニアコライダー(ILC)のような将来計画を国内の大学の研究者とともに進めていく拠点にもなっています

(この記事は、現代ビジネスの記事で作りました)

本記事では、いったい、どのようにこの宇宙は誕生したのかについてその過程が述べられています

宇宙の奇跡と歴史について


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posted by june at 04:11| Comment(0) | ニュース | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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