最終更新日: 2024 年 2 月 9 日

ビッグバン：すべての始まり

宇宙の膨張、ビッグバン — 画像説明: 137億7,000万年にわたる宇宙の進化を長方形に表現したもの（平面上に3D展開）。一番左は、宇宙があらゆる方向に指数関数的に成長する前の最初の瞬間を表しています。そのサイズは、このグラフのグリッドの垂直方向の範囲で表されます。この平面上の 3D 表現は、観測可能な宇宙の拡大を示していますが、完全ではありません。実際には、私たちを中心とした球体に似ています。画像クレジット:ウィキメディア・コモンズ(パブリックドメイン)。

宇宙の誕生！

137億7千万年前、ビッグバンと呼ばれる大爆発により、空間、時間、物質が誕生しました。この想像を絶するほど熱い混乱の中で、泡は膨らみ、あらゆる方向に膨張し、ゆっくりと冷えます。
「ビッグバン」という用語は、1950 年代に英国の天体物理学者フレッド・ホイル (1915 ～ 2001 年) によって、皮肉を込めて「元の爆発」の概念を指す造語でした。この宇宙論モデルは、ベルギーの天体物理学者ジョルジュ・ルメートル (1894-1966) とロシアの物理学者アレクサンダー・フリードマン (1888-1925) によって 1920 年代に開発されました。
ビッグバンの歴史は、「最初の瞬間」または始まりの存在を予断するものではありません。
しかし、今日でも、空にはこの起源の痕跡が検出されており、これを「化石放射線」と呼んでいます。この放射は、3 K 程度の低温でのマイクロ波放射です。この放射線は宇宙のあらゆる方向から私たちに届きます。これは、電波望遠鏡によって検出されたすべての点電波源の背景を形成するため、このように呼ばれます。
ビッグバンは、1965 年にアルノ・アラン・ペンジアス (1933-2024) とロバート・ウッドロウ・ウィルソン (1936-) によって検出されました。彼らは 1978 年にノーベル物理学賞を受賞しました。

時の誕生！

初めには何もなく、物質も虚空もなく、時間も空間も存在しません。原子よりも小さな点から、無限のエネルギーが宇宙を創造します。
すべては、最初の爆発であるビッグバンからわずか 1 秒後に始まります。時間が展開し始め、宇宙全体が一度に形を成します。それは史上最大の謎です。
この期間以前は、私たちは何も知りません。時間ゼロも存在せず、何かがあると言えるデータもありません。科学者にとって、宇宙時計は 10^-43 秒 (プランク時間) で最初のストロークを迎えます。宇宙は信じられないほど高温の非常に高密度のエネルギーが泡立つ空洞であり、それが突然膨張すると考えられます。これがインフレーションです。 10^-32 秒で、反物質を伴う最初の物質元素 (素粒子と反粒子) が出現します。
すると、10^-6秒、つまり100万分の1秒の強力な核力によって、クォークが3つずつ集まり、陽子と中性子が与えられ、原子核（水素、ヘリウム）が形成されます。

大衆の誕生！

3分で宇宙の質量の98%が出来上がります。放射時代の終わりである 38 万年前までは何も新しいことはありませんでした。
その後、物質の時代が始まり、第二の力である電磁力が現れます。電子と原子核を結合させて水素原子とヘリウム原子を生成します。膨張と冷却を続ける宇宙では、重力が原子をより複雑な構造にグループ化していることがわかります。銀河や星の誕生です。

物質の誕生！

ビッグバンの理論モデルによれば、化石マイクロ波放射は、宇宙で最初の安定な原子が形成された際に支配していたエネルギーの残留物です。放射線は物質になります。これは原始爆発から約 38 万年後に起こります。 COBE (Cosmic Background Explorer) 衛星からのデータは、この放射線が科学者が信じているほど均一ではないことを示しました。さまざまな強度の領域が任意に表示されます。原始宇宙のこれらの密度の変動は、銀河の形成の起源となるでしょう。

観測可能な宇宙の時空スライス

ビッグバンインフレ — 画像: 2D 空間のスライスの形で観察可能な宇宙を表現。ビッグバン以来、宇宙はあらゆる方向に膨張しているため、この表現は誤りです。画像クレジット: By Design Alex Mittelmann、Coldcreation、CC BY-SA 3.0、リンク。

ここでは、観察可能な宇宙は 2 次元スライスのスタックによって表され、それぞれが過去の宇宙のイメージ (映画のイメージなど) を表しています。一番上の最後の円は、今日の宇宙を表しています。円の直径は宇宙の大きさを表しており、時間を遡るにつれて減少します。
しかし実際には、宇宙はあらゆる方向に広がっています。したがって、各スライス、つまり各円を球に置き換える必要があります。したがって、2 次元の円の積み重ねではなく、3 次元の球の積み重ねができることになりますが、これは私たちの脳には想像できません。
この不完全な表現では、私たちは最後の円にある宇宙のすべての銀河のようなものです。宇宙の膨張により、どの方向を見ても、すべてが私たちから遠ざかっているように見えます。それは風船の表面に立って、風船が膨らむのを眺めるようなものです。
光の速さは有限であるため、地平線である円の向こうを見ることはできません。この「宇宙の地平線」の向こう側にある物体からの光は、ビッグバン以来、私たちに届くまでに十分な時間がありません。
「風船」は膨らみますが、地平線は遠ざからないので、地平線に近い銀河は消えてしまいます。
観測可能な宇宙の外には、私たちには見えない銀河がおそらく無数に存在します。無限の宇宙が存在する可能性さえあります。