第55回 東レ科学振興会科学講演会記録
平成17年9月22日 東京 有楽町朝日ホール

宇宙の誕生と進化−現代物理学の描く創世紀−

東京大学大学院理学系研究科教授
ビッグバン宇宙国際研究センター長

佐藤勝彦

私の今日のタイトルは「宇宙の誕生と進化」

これはアイルランドのアッシャー司教が求め「現代物理学の描く創世記」という副題をつた宇宙創世の時間、この世界が始まった時間

けています。私たちの住んでいる宇宙がどのです。アッシャー司教はチャールス１世の牧ように始まったのか。その話をさせていただ

師でもありましたが、彼は一生をかけて旧約きます。ただ、いきなりこの話をしてもわか聖書に記載されているような出来事を、またりませんので、いくらかやさしい導入を触れ

新約聖書の内容を加味してこの年齢を求めまさせていただきたいと思います。そのあとにした。

私も関係したインフレーション理論という誕

いったいどのようなことからこの推定をし生のパラダイムとなっている理論について簡たのかというと、旧約聖書にこのようにあり

単に話をさせていただきたいと思います。

ます。アダムが130歳になったとき、男の子

私は理論屋ですが、田村先生のように望遠

セトをもうけた。セトは800年生きて息子や鏡を使っておりません。純粋に理論の人間で娘をもうけた、という具合に旧約聖書に書かす。しかしこういうものが正しいかどうかは、れています。この方は非常に真面目にこれを基本的には田村先生のような観測的な証拠が一生かけて計算をし、10月22日、しかも午必要です。現在宇宙の創世にかかわるような

後6時というのが出ていますが、これを求めものについてすら、創世の観測があります。

ました。この話はわれわれ宇宙論の研究者でその観測を紹介したいと思います。このようはよく知られていることですが、ここにありな観測が進みますと、理論家がいろいろ提案ます松浦さんが翻訳した本に詳しく書いていした理論が嘘か本当か、チェックができます。

ます。興味のある方はご覧になるといいかと

しかし理論が考えなかったような新たな謎も、思います。

観測によって生まれてきます。いま一つ大きここで紹介する宇宙論の話はもちろん神話な謎が生じています。これを紹介したいと思の話をする場ではありません。皆さんには科います。それからこの謎を解く一つの考え方

学的な宇宙論、宇宙の始まりがどうなっていとしてマルチバースとか人間原理とか、こうるかをお話ししたいと思います。科学的に宇いうことを紹介させていただきます。まだち

宙の始まりを知るためにはきちんとした理論

ょっと意味がわからない方もおられるかと思物理学が必要です。いまから100年以前では、います。

この物理学の理論といえばニュートン力学でそれでは最初に簡単な導入をさせていただした。皆さんも高等学校や大学でも勉強されきます。皆さんはBC4004年10月22日土曜日、たかと思います。しかしこのニュートン力学

午後６時という時間はどのような時間かご存

では時間や空間がこのように定義されていまじでしょうか。この中にキリスト教の信者のす。これはニュートンの『プリンキピア』か方がおられるとご存じなのかもわかりません。

ら翻訳を持ってきたものです。宇宙の始まり
13

を議論するのだから、時間の物理がなくしてを表わす量です。つまり空間の幾何学は皆さは何も語ることはできません。

んがご存じのように、たとえば三角形の内角

しかしニュートンの『プリンキピア』にはの和は180度、円周は２πだ。それは幾何学

こう書いてあります。「その本質において外です。いくらかちょっと違うのは、時間も一界とは何ら関係するのか、一様に流れ、これ緒にした幾何学という点がちょっと違います。

を持続と呼ぶことができるもの」。わかった

拡張されています。つまり時間の進み方があ

ような書き方ですが、その次に、「その本質るところでは速い、あるところでは遅い。こにおいて、外界とは何ら関係することなく、れも時間の幾何学の一つです。そういうもの

常に均質であり、ゆらがないもの」、つまりを含めての幾何学を書いています。

時間や空間が物質の入れ物ではあるけれど、それが何に等しいのか。右辺はいったい何

その物質を時間や空間の中に入れたとしても、を書いているのか。ここにTμνとあります

時間や空間は決して変化しない。こういうのが、これは物質やエネルギーが存在しているがニュートンの力学体系の中の時間や空間とかいないかを表わす量です。つまり物質があいう概念です。

ることによって時間や空間の幾何学が決まる

そういう意味では時間や空間は先見的なもという方程式です。皆さんがホールに入ってのである。先見的なものであるということは、

いますが、入っておられるときと、入られた

質問してはだめだということです。そのようあとでは、このホールの中の物質やエネルギに残念ながらむしろ物理学の対象ではないもーの量が変わっています。ということはこれのです。物理学はただ単に時間や空間の中にを使って計算すると、この朝日ホールの中のあるものがどう動くか、どう変化するか。こ

時間や空間の幾何学がわかる。こういう方程れがニュートン力学における物理学です。し式になっています。これはまさに物質やエネ

かし残念ながらこれでは宇宙の始まりとか、ルギーが存在することによって時間が変化す

空間が小さかった、大きかったとか、そんなる、空間が変化するという方程式です。ニュ

ことはもちろん議論はできません。

ートン力学では時間や空間については何ら語

ここに一つ式を書かせていただきました。

ることはできませんでした。アインシュタイ

これは私の講演の中で唯一の式です。式を細ンのこの方程式によって初めて時間や空間をかく説明するつもりはございません。これは物質と一体にして議論できるようになりまし

アインシュタインの重力場の方程式、もしくた。

はアインシュタインの方程式というものです。

私は現在日本物理学会の会長を務めていま

これによってわれわれは初めて時間や空間をす。うれしいことに今年は世界物理年と、国物理学の対象として議論できるようになりま連が提議してくれました。これはアインシュ

した。これは一般相対論という相対性理論のタインの奇跡の年から100年目に当たるとい二つ目のものです。特殊相対性理論のそれをうことでこのように決めていただきました。

より一般的に、普遍的にしたものです。これ

つまり1905年、アインシュタインは三つのは時間や空間の物理学ということが言えます。

論文を書きました。ブラウン運動、光電効果、

どういうことか。この方程式の意味を考えれ

特殊相対論を発表した年です。これを一般的

ばわかります。

な理論に発展させたのが先ほどの一般相対論

方程式というのはこちらに書いてある左辺の何とかは右の式に等しい、同じだというこです。光電効果でアインシュタインはノーベル賞を受賞しています。

とを言っています。同じだとは何が同じなの

アインシュタインはこの方程式を見つけたか。左側に書いてあるのは何か。Rμν何々ときに、自分の方程式が宇宙の創世とか宇宙と書いています。これは時間や空間の幾何学の進化を解くことができるのではないかと直14

ちに考えました。彼が宇宙について語った言

れ天の川銀河は小マゼラン雲、大マゼラン雲

葉をちょっと引用しました。

という子どもの銀河を周りに抱えています。

私は神がどのような原理に基づいてこの世

この距離は230万光年です。これは10万光年界を創造したのか知りたい。そのほかのことぐらいですから、10円玉のコインをだいたい

は小さいことだ。私の最も興味を持っている20cm間隔で並べたように、宇宙の中には銀ことは、神が宇宙を創造したとき、選択の余河が存在します。

地があったかどうかである。

実は銀河がどのような構造で群れをなして２番目の問題は結構微妙なことを言っていいるのかを調べる研究がいま盛んに進んでいます。神様が本当に宇宙を創造したならば、ます。これは昨年のデータですが、太陽系は

神様は自分の自由な意思をもって宇宙の始まここにあると思ってください。ある方向を見りのことを決めることができたのだろうかとます。それから反対の方向を見ます。これはいう疑問でしょう。全能の神様に対してこの観測のデータがあるところだけを書いていまような質問をしていいのか。大変微妙な質問

すが、ここに書いてある一つひとつの点がです。大変うれしいことに、20世紀から212,000億個の集まりである銀河です。ここに世紀の始まりにかけて、これらの疑問に対し書いてあるのはものすごい数の銀河です。宇て科学の言葉で答えることができる時代にな

宙の中で銀河というのが一様に分布しているってきたということを、私はお話ししたいとのか。そうではありません。明らかに塊をな思います。

しています。銀河がこのように群れをなした

まず宇宙という言葉をもう一度復習してお構造をグレートウォール、中国の万里の長城

きたいと思います。田村先生のお話しされたにたとえて、銀河の壁があるようなものと呼宇宙は太陽系、それから系外惑星です。太陽を中心としてこのように惑星が並んでいます。これをもっと広い世界で見ることにしましょう。これは私たちの住んでいる
天の川の銀河です。太陽と同じよ
うな星がだいたい2,000億個集まっています。もちろんこの中には田村先生がお話しされたような惑星系がたくさん存在します。その中にも何らかの生命体が必ず存在す
るのではないかと、私は思っています。
この大きさは10万光年、光で10

図１ スローンデジタルサーベイによる宇宙の地図
一つ一つの点が我々の銀河系と同じ銀河を表す。銀河は群れをなして、蜂の巣のセルのように分布している。扇の要に我々はいる。
（©スローンデジタルサーベイ）

万年かかるぐらいの大きさです。もっと大きんでいます。ここに書いてあるのは40億光年なスケールで見ましょう。ここに私たちの銀ぐらいの大きさ、光で40億年かかるぐらいの河を書いています。天の川銀河です。われわ

世界を書いています。

れが住んでいます。これから230万光年離れさて、私たちの宇宙はそういう意味で大きたところにアンドロメダ銀河があります。わなスケールで見れば銀河の宇宙です。この銀れらの銀河よりは少し大きい銀河ですが、だ

河がいまの絵は40億光年程度でしたが、500

いたいよく似た銀河です。これらの銀河はそ億光年とか、そのような大きさまであることの周りに子どもを引き連れています。われわをわれわれは知っています。しかし宇宙は無15限に大きいのか、有限なのか。それはわかり遠鏡でした。残念ながら宇宙の年齢を決めるません。とにかくいま見えている範囲では

ような、宇宙の膨張の速さを決めるようなこ

100億年を超えて宇宙があることはわかってとはできませんでした。しかし1993年にエいます。

ンデバー号によって修理が行われ、0.1秒角

この銀河の宇宙は驚いたことに広がっているということを、エドウィン・ハッブルといという非常にシャープな星が写るようになり、観測ができるようになりました。

う人が1929年に発見しました。これは風船

この宇宙の年齢を決めるプロジェクトのヘを描いてありますが、風船の上にAとかBとッドはウェンディ・フリードマンという女性

かCとか、１円玉のコインを貼り付けてあるです。天文学者では女性の方が非常に活躍しと思ってください。そして風船を膨らますと、ておられます。彼女が決めた宇宙の年齢はお１円玉の間の距離は広がってきます。ちょう

よそ140億年、±10億年ぐらいの誤差がある

どこれと同じようなことが、銀河と銀河の間ということを発表しました。彼女はしばしばで起こっていることをハッブル先生は発見し日本にもきてくれまして、大きな講演会もやました。つまり銀河と銀河の互いの距離はだったことがあります。大変女性的な方です。

んだん広がっていっていることを見つけましこういう偉い女性は何となく一般に怖い人のた。つまり私たちの宇宙は広がっている。

ような印象がありますが、そういう印象はおよそない方で、ご主人も天文学者ですが、２人の子育てをしながら天文学をやっている。
それでいながらアメリカで何千億円というお金をかけたようなプロジェクトのリーダーを務めています。すばらしい、男女共同参画のいい例だと思います。
このように宇宙が膨張していることがわかった。そうするとこれは一般相対論の研究か

図２ 宇宙の膨張を風船に例えた図
風船の上のコインが銀河をあらわす。

らも予言ができることがわかっています。その相対性理論を使って宇宙の膨張を計算しま

この発見は私たちの世界観を大きく左右すす。それから宇宙が始まる瞬間まで計算をするような偉大な発見だと思います。われわれることができます。しかしちょっと困ったこの住んでいる大きな宇宙は決して永遠不変のとがあります。宇宙の始まりの瞬間、時間ゼ

ものではない。風船がいま広がっているのだ

ロです。その時間のときには残念ながら一般ったら、過去に戻るならば、この風船は大き相対論も破綻します。なぜならば、その点がさがゼロになるかもわからない。つまりこの特異点であるからです。

宇宙には始まりがあるのではないか。このよ

特異点とはいろいろな数値が無限に発散す

うなことをハッブルさんは発見しました。

るという意味ですが、中でも特に時間や空間

しかしどのくらいの速さで宇宙は膨張しての曲がり方を記述しているものが発散していいるのか。これはなかなか難しい観測です。

る点は、ほかにはブラックホールとか、そうハッブルさんが膨張しているのを見つけたのいうものです。時間や空間の果てのようなもですが、その値を決めることができたのはのです。そこから何かの情報が出てきたり、

1998年、わずか８年ぐらい前と言っていい

入ってきたりするような点です。われわれのでしょう。ハッブル望遠鏡が大きな活躍をし世界に本来は何ら関係のなかったところからて決めました。ハッブル望遠鏡は1990年に情報がやってくるような点にあります。この打ち上げられましたが、最初はピンボケの望ような特異点があることは、ある意味では神16

様の一撃というか、物理学を超えた何かの情

宙の始まりを考えているのでしょうか。これ報が入ってくる点があるわけですから、われは驚くべきことですが、素粒子の理論を使っ

われ物理学者としては何か特異点がないようて宇宙の始まりを議論しています。ここに人な格好で宇宙の始まりが議論できないのかと間を中心にしてだんだん大きなマクロの世界、いうことを、長く研究していました。

また逆にミクロの世界を描いてあります。

宇宙論にはいろいろほかにも問題があります。私たちの住んでいる宇宙はどうしてこん
なにユークリッド幾何学が成り立つような、
きれいに平坦なものか。皆さんにとってみれ
ば空間が平坦であるのは当たり前ではないかと思うかもしれませんが、相対論を勉強すると、空間は実に簡単にひん曲がる。なぜ曲率がゼロの平坦なのか。これも宇宙論の大きな謎です。
２番目に一様なのか、と書いてあります。
宇宙はだいたい一様です。近くでは決して一様ではありませんが、大きなスケールで見れ
ば銀河が塊になったりはしていますが、全体としては何百億光年とか何十億光年というス
ケールで見れば一様です。どうして一様なの

図３ ウロボロスの図
宇宙というマクロの極限の起源を論ずるためにはミクロの極限である素粒子の理論が必要である。

か。こういうのも大きな謎です。
もっと天文学的にも根本的な疑問がありまマクロの一番大きなところに、現在観測的す。大爆発で宇宙が始まったというのはいいに知られている宇宙の大きさを書いてありまけれど、この宇宙の中でどうして銀河や銀河

す。だいたい100億光年です。これが蛇の頭の塊ができたのか。もちろん銀河とは星の集です。一方、蛇の尻尾の部分はどんどん小さ

まりです。どうして星ができたのか。田村先いスケールになってきます。現在素粒子の理生が話されたような惑星系がどうしてできる論で考えられている一番小さなスケールは、のか。何らかの理由が、最初に種が仕込んでここには書いてありませんが、10 −33cmといあったのだろうか。どうしたらそんな種が仕うスケールです。これはプランク長さと呼ば込めるのだろうか。開闢の瞬間に何らかの原れているスケールです。ここに描いた絵はグ因があるかもわかりません。現在このようなラショウという方が描いたものですが、私た疑問に対して答える一つの理論として、インちは大きな世界、小さな世界についてだいた

フレーション理論が提案されています。だい

い30桁の範囲でこの世界がどうなっているか

たいのスケッチをお話ししたいと思います。

を知っています。

その前に、このように宇宙の始まりを研究

さらにこれを蛇のように描いたのは何かとしている研究者はケンブリッジ大学のホーキ

いうと、大きな蛇の頭を説明するためにはミング先生です。彼はALSという怖い病気に

クロな物理や素粒子の法則が本質的に大きななっていますので、現在声を出すことはでき役割を果たしていることを表わすために描いません。ですからコンピュータを使って車椅た絵です。蛇が自分の尻尾を噛んでいる絵で子の後ろについている音声合成装置で人と会す。これはヨーロッパでよく見られる絵で、話をしています。ホーキング先生、また私、

ウロボロスの図といわれています。要するにその他の宇宙物理学者がどのようなことで宇素粒子の法則を使って、ミクロの世界の法則
17を使って世界の始まりを議論できるというこ溢れていることになっています。このエネルとを示しました。

ギーによって宇宙はインフレーションと呼ば

それではインフレーション理論とはいった

れる急激な宇宙膨張を起こします。数学の言

い何か。きわめて簡単に紹介させていただこ

葉では指数関数によって宇宙は大きくなるとうと思います。下から上に向かって時間が進いうことになっています。この指数関数はすんでいると思ってください。ここに漏斗のよごい膨張です。このインフレーションが起こ

うな絵が描いてあります。この輪っかの大きるときは10−33秒という、きわめて小さな時間

さが宇宙の大きさを表わしていると思ってくに宇宙の大きさが２倍になります。また同じ

ださい。そしてこれが現在と思ってください。

だけの時間がたつと２倍になります。倍々ゲ

それからこれが宇宙の始まりの瞬間だと思っームで急激に宇宙は大きくなります。

てください。ここに無からの創世と書いてあ

そしてこの倍々ゲームはいつか破綻します。

ります。何もないところから宇宙は生まれてねずみ講などは必ずいつか破綻します。それくるのか。皆さんは当然疑問に思われると思と同じようにインフレーションは必ず終わりいます。残念ながら詳しく話すことはできまます。終わるときに、先ほどちょっと申し上

せんが、量子論というミクロの世界を支配しげたわけのわからない真空のエネルギーが熱ている物理学の法則では、不確定性原理といのエネルギーに変わります。これによって宇う原理であらゆるものがゆらいでいる。何も宙は熱い火の玉宇宙となります。現在の宇宙ないと言っても、実は何もないということもにその名残が見つかっています。

空間的、時間的にゆらいでいることになってさらに大事なことは、このインフレーショ

います。何もないと言っているのに何かある。

ンの時代にわずかでありますが、この空間にそしてまた生まれたり消えたりしている。そ凸凹ができます。量子論という難しい言葉をれが無の状態です。この状態から私たちの宇いいましたが、量子論は空間とか時間がゆら

宙はトンネル効果という効果でポッと生まれいでいる。決まらずにぶらぶらしていると言てきます。

いましたが、その量子論的なゆらぎが引き延ばされ、現在の銀河や銀河団となる種が仕込まれます。インフレーショ
ンが終わったあと、次第にこの凸凹は成長していき、銀河や銀河団、それから現在の豊かな宇宙の構造ができたと思っています。豊かな構造と書いたことは、田村先生がお話しになったような太陽系のようなものができるとか、太陽系の中、第３惑星の地球で生命とかいろいろなものが誕生しています。このように宇宙の中で豊かな構造ができてきますが、そのすべての構造の原因は、この理
図４ 宇宙の進化とインフレーション

創世間もない宇宙は、あとでお話しします

論ではインフレーションのときの量子論的なゆらぎがすべての種であるという理論です。

が、宇宙の中には真空のエネルギーというち

インフレーション理論は正統的な、いまおょっと理解しがたいようなエネルギーが満ち話ししたような以外にも、ちょっと奇妙なこ

18

とも予言します。それはもともと宇宙があっが撮れるのか。皆さんは当然思われると思いたならば、インフレーションを起こしているます。答はイエスです。いったいなぜなのか。

途中で子どもの宇宙とか、孫の宇宙とか、ひそれは大変うれしいことですが、宇宙では孫の宇宙をたくさんつくることができること

遠くを観測すれば過去が見えます。私たち地を、20年ぐらい前に私も論文に書いたことが球からの距離が書いてあります。地球からあります。現在無限の宇宙という考え方をマ

230万光年離れたところにアンドロメダ銀河

ルチバースという言葉で言われています。ユがあると言いました。230万光年ということニというのは一つですが、ユニではなくてマ

は、アンドロメダからやってくる光は230万ルチなのだということで、マルチバースと言年かかるのですから、今晩皆さんがご覧にな

われています。また後ほど関係しますので、っても、このアンドロメダ銀河は230万年前

そのときに話したいと思います。このようにのアンドロメダ銀河です。４億光年のところ宇宙があったとしたなら、子どもの宇宙が生にグレートウォールという銀河の密集した集

まれ、そこから孫の宇宙が生まれるという感団があります。これは４億光年ですから、４じのことです。

億年前の姿です。いまはひょっとしたらないかもわからない。それが見える。これをどん
どん端まで行ければ、原理的にはビッグバンの瞬間だって、インフレーションの瞬間だって見えます。
ただ、残念なことにわれわれは光、つまり電磁波を使って宇宙を観測しています。それで見えるのは、宇宙開闢から30万年以後です。
それ以前はプラズマ状態で光が真っ直ぐ進まない。ちょうど飛行機が雲の中に入ったような状況にあります。周りは温度が高くて光っていますが、一寸先も見えません。しかし宇宙が始まって30万年たちますと、晴れ上がりということが起こります。つまり光がまっす
ぐ進むようになります。この時刻以後、われ図５ 宇宙の多重発生

われは写真を撮ることができます。ですから
宇宙の一番昔を電波や光で観測するならば、

さて、それでは次に、インフレーション理

この瞬間が見えます。宇宙が始まって30万年論は時間でいえば宇宙の10−30秒とか、われわ頃の宇宙が見えます。われわれは120億年たれの時計で計れるような時間でないところでった現在という時期にいながら、宇宙開闢の起こったことなのだから、それを確かめるの瞬間も原理的には見ることができます。

は不可能ではないかと、皆さんは思われると

実は光は見えないと言いましたが、重力の思います。私も実はこのような理論を考えた

波だとか、そういうものを使うと見えます。

二十何年前にはそう思っていました。しかし

いまから13年前、1992年にアメリカのCOBE

このインフレーション理論を観測によって確衛星が、宇宙が始まって30万年しかたっていかめることができるという観測がされるようない頃の地図をつくりました。この人工衛星になりました。私たちの宇宙は開闢から140でやったわけです。これはCOBE衛星が観測

億年もたっているというわけです。どうしてした、宇宙が始まって30万年頃の宇宙の姿でそんなことができるのか。140億年前の写真す。これは全天球を絵に描いた。空全体を卵19

型に押し込めて絵に描いたものです。皆さん

一度宇宙が始まって30万年頃の地図を描きまが地球を書くときに、ここに日本列島を描いした。38万年と言っていますが、同じようなて、ここにアメリカを描きます。地球とは真ものです。上の絵がCOBE衛星の13年前のもん丸いものです。それを平面に書くことは難の、これが２年前のWMAP衛星の写真です。

しいので、こういうふうに書きます。天球、よく似ていることがわかります。だいたいは空も同じように描くことはできます。

同じです。ただ、30倍細かく写真が撮れてい何が見えてきたのか。実はわずかですが、ます。30倍細かく撮れていることからこのデ宇宙の密度が高かったところ、低いところ、ータをさらに詳しく解析することができ、こ

そういう凸凹が見えてきた。実際これは電波の解析からも宇宙の年齢が137±２億年と決の強度ですが、宇宙の密度の凸凹に対応する

まったわけです。先ほどのCOBE衛星ではこものです。この凸凹を数学的に解析すると、れはできませんでしたが、WMAP衛星で宇インフレーションの予言する量子論的なゆら

宙の年齢まで決まりました。

ぎとピタッと一致したことがわかりました。

先ほどのハッブル望遠鏡が140億年ぐらい

COBEを観測した人が言っていることですが、だと言ったわけですが、これはみごとに一致

これとインフレーションの予言ときわめてみしています。２億年が誤差と書いてあります

ごとに一致した。そういう意味でこのインフが、実際５億年とか10億年ぐらい誤差があっレーションの理論は観測的にも大きな支持をても不思議ではありません。そういう意味で得ています。

きわめて理論どおりの観測結果になりました。
そうするとあとはコンピュータシミュレーシ
ョンを使い、銀河や星ができる。現在の宇宙を再現できるのでないか。そのような研究がたくさんなされました。
たとえばCOBE衛星の凸凹があります。宇宙が凸凹にあるような状態をコンピュータに入れ、それが重力でどう固まっていくのか、コンピュータシミュレーションで調べることができます。そうすると細かな一つひとつの星まではできませんが、銀河や銀河団の計算のシミュレーションができてきました。それを先ほどお見せした観測と比較します。これは観測ですが、現在日本のグループとか、ア
メリカのグループで同時に進めているスロー

図６ COBE、WMAP衛星の描いた宇宙開闢から30万年−40万年のころの姿
色の違いは電波の強弱を示す。このころの宇宙の凸凹の様子はインフレーション理論の予言するものと、見事な一致を示した。（©NASA）

ン・デジタル・スカイ・サーベイ、宇宙の地
図づくりのプロジェクトです。私たちのビッ
グバンセンターもこのプロジェクトの一員です。このような宇宙の中でのグレートウォー
ルとかハチの巣の構造のような構造は、コン

いまの話は1992年のことでした。2003年

ピュータシミュレーションでもみごとに再現

２月、２年前にアメリカはWMAP衛星をもできています。シミュレーションも現在の観う一度打ち上げました。この衛星は月の軌道測にみごとに一致しています。もうこうなるよりもさらに遠方に打ち上げました。30倍細と理論万々歳というのが現状です。

かく観測ができる人工衛星です。そしてもう20

先ほど申しましたように、この凸凹は宇宙の初期に量子ゆらぎであったものです。そのてきます。われわれは謎があることすら知らときはきわめて小さなゆらぎにしか過ぎませなかった。わからないということすら知らなんでした。しかし長い宇宙の137億年の歴史かった。そういうことを新たにわかってきた。

の中で、これを拡大して見せました。これはそういうのも大事なフロンティアです。

量子ゆらぎを100桁のスケールで拡大したも宇宙の場合にはどんなことが言えるかといのです。インフレーションの急激な膨張とかうと、驚いたことに、この宇宙を構成してい宇宙の膨張は、宇宙の初期を観測する顕微鏡

る物質のうちのほとんどは正体不明のものだのようなものです。そういう意味で理論は大ということになってきてしまった。私の体や成功したわけです。

星をつくっているような物質はたった４％でそれでは宇宙論でそういう研究はもう終わす。あとは暗黒物質というものが23％、さらったのか。当然思います。すべて観測が理論にわけのわからない暗黒エネルギーが73％もを裏付けたことになると、当然だと思います。

あることがわかってきています。暗黒物質、

しかし終わったというのは、学者にとってはダークエネルギーと何か。暗黒物質の候補の怖いことです。自分が失業するという意味で探査は実験的にも進んでいます。暗黒物質はす。することがなくなってしまうのだから、だいたい銀河とか、その周りにまとわりつい失業してしまいます。そこでオックスフォーているものですが、光らないので正体がわかド大学のジョージ・シルク先生は宇宙論の大らない物質です。

家ですが、彼は大変うまい表現をしています。
1943年、第２次世界大戦が終わりかけ、勝つことを確信したチャーチルは演説をしましたが、そのときに演説した言葉をうまく利用し、彼はこう言っています。
宇宙論は決して終わったのではない。もちろん終わり始めたのではない。しかし宇宙論の研究の始まりの段階は終わり、これから本
格的宇宙論の時代となるのだ。こういうこと

図７ 宇宙の物質エネルギーの割合
普通の物質はわずか４％。

を申しています。この宇宙論とは第２次世界大戦のことであったわけです。そういうよう

一番よく思いつきやすいのがニュートリノ

な言葉を言っています。実際大筋は正しいこという素粒子です。皆さんも小柴先生のノーとがわかったけれど、それを肉付けるようなベル賞でご存じと思いますが、ほとんどいろ研究はこれからだと思います。

いろな物質とぶつからない粒子です。このニ

それでは本当に終わり始めたのか。何でもュートリノが宇宙全体に広まっていると、ひかんでもわかったのか。私たちは真理の探究

ょっとしたらこの暗黒物質を説明できるかもということでどんどん知の世界を広げていっわからない。特に重さを持っていればです。

ています。しかし知の世界が丸い風船のようこのような研究はスーパーカミオカンデで行なものだとすると、その中身はたしかに知のわれました。これも1990年代の終わりです

世界で、どんどん球が広がってくると膨れてが、ニュートリノに重さがあることは確認できます。しかし考えてみると知のフロンティ

きましたが、残念ながら２桁ぐらい軽かった。

アが広がっていくことは、同時にわからない

少なくとも１桁以上重くなければ、暗黒物質

ことも見つかってくることです。科学が進歩を説明することはできません。ニュートリノ

するとわからない謎はなくなるというのは、は重さが足りません。

私は嘘だと思います。常に新たな謎が生まれ

その他、アクシオンとかニュートラリーノ
21

図８ ジュネーブ郊外に建設中の加速器、LHC（ラージハドロンコライダー）（©CERN）

がいろいろ探査されています。これはジュネ

さて、次に暗黒エネルギーの問題です。こーブ郊外にある大きな加速器、ラージ・ハド

れが一番深刻な課題です。いったいその正体

ロン・コライダーで観測できるのではないか

は何なのか。いろいろな人が理論を唱えていということで、現在建設が進んでいます。

ます。ある方は第５の元素という仮説を立て

2007年とか2008年にこの機械は動き出すこています。これは言葉の遊びとしか思えませとになっています。

んが、ギリシャ以来ご存じのように、われわ

なお、暗黒物質というといろいろあやしいれの地上にある物質は水、空気、土、火、４話も考えることができます。実はわれわれの種類の元素であった。天上世界はいったい何

宇宙と並行してもう一つの宇宙がある。あのからできているのか。これは第５の元素なの世界があるんだという考えです。たとえば重だという話が中世に言われていましたが、そ力を感じて天体が回っていると思いましょう。

の第５の元素ではないか。そのような議論もここに何もないのに引きつけられている。だあります。

からきっと何かあるのではないか。このよう

さて、暗黒エネルギーはどうしてわかったにして私たちは暗黒物質があると思っていまのでしょうか。暗黒エネルギーは宇宙全体にすが、それは実はあの世界にある。別の天体一様にあるエネルギーです。どこかに固まるが重力を応援しているのではないかという考とか、そういうことがないエネルギーです。

え方です。残念ながら私たちはあの世界には

この暗黒エネルギーに重力が働くと斥力にないけません。ただ、この世界とあの世界を連る。普通万有引力の法則は引力です。互いに絡しているのは万有引力の法則だけです。で引き合います。しかし真空のエネルギーとかすからこんなことがわかる。もちろん本当か

暗黒のエネルギーは斥力、互いに押し合う力

どうかわからない話です。

が働く。現在の宇宙がもう一度インフレーシ

22ョンを起こしているらしいという観測がた空間の真空のエネルギーと、その外側の真1998年にされました。アメリカの「サイエ空のエネルギーに差ができてしまうからです。

ンス」という雑誌は1998年における科学全外側は真空が大きいので押してしまう。その分野の中で一番重要な発見であると報じていような効果を起こします。

ます。

これはカシミアという人が何十年か前に予言したことです。ただし観測は非常に難しいので、つい最近まで本当か嘘かわかりませんでした。1997年、98年に本当ではないかと思われるような実験が行われました。２枚の金属の間と外ではエネルギーの差があるということは本当にわかってきました。そういうことで真空のエネルギーの密度の絶対値はわ
かりませんが、その差があることはわかった
ことから、存在することは確かめました。しかし正体はもちろんまだわかりません。それが真空のエネルギーだとわかったとしても、それがどんなものか、どんな真空のエネルギ
ーかはわかっていません。
それからもう一つ、真空のエネルギーだとしてもその値がなぜ現在のような値なのかよ

図９ 第２のインフレーション
宇宙は再び加速度的膨張を始めた。

このようにいま再び宇宙が指数関数的に膨張を始めていることから、暗黒エネルギーがあるのではないかということが言われました。
第１のインフレーションは宇宙の始めに起こったわけですが、それと同じようなインフレーション、ただし宇宙の大きさが２倍になる
年齢は非常に長いです。第１のときは10−30秒
とか、極端に小さな時間でしたが、だいたい
100億年ごとに２倍になるというインフレー
ション、そういう膨張をしていることがわかってきています。
さて、暗黒エネルギーの正体ですが、一番素直に正体として考えられやすいのは真空のエネルギーというものです。これが存在する
ことはカシミア効果を通じてわかっています。
これはいったい何か。たとえば非常に大きな２枚の金属の板を置きます。そうするとこの金属の板は互いに引き合います。もちろん電気は帯びていません。しかし２枚の金属は互いに引き合う。これはこの金属の板で囲まれ

図10 カシミア効果
金属に挟まれた空間の真空のエネルギーは小さく周りから押され、あたかも板どうしが引き合うように見える。

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くわかりません。それを私たちは偶然性問題

少ししましたが、無からできる宇宙は一つでと呼びます。つまり宇宙開闢100億年ぐらいある理由はありません。たぶん無限にあるののいまの時代になぜ再び第２のインフレーシ

でしょう。ですからマルチバースという考え

ョンを始めたのか。これはまったくの偶然な方は前からありましたが、人間原理はそのよのか。これは真空のエネルギーの値、ダーク

うな考え方をサポートする理論の一つではな

エネルギーの値自体が大きければ１億年ぐら

いかと思っています。

いから始まります。いったいなぜか、これはまったくの偶然なのかという疑問です。

そうすると現在の宇宙に何かわけのわからない暗黒エネルギーがあり、それの斥力によ

いろいろな考え方があると思いますが、一って宇宙は急激に膨張している。100億年ご

つは人間の原理という立場で考えることもでとに宇宙は２倍、また100億年たつと２倍ときるのではないかと思われます。人間原理と大きくなっていきます。これは永遠に続くのは何か。これは結構ドラスティックな大きなだろうか。もし第１のインフレーションと同仮定です。この考え方では、宇宙は無限に存

じように何らかの理由があって消えることが在し、その宇宙ごとにいろいろな物理法則、あるならば、この倍々ゲームは終わります。

物理定数があると考えます。もちろんここでしかしこのままだったら宇宙は永遠に膨張をいう第２のインフレーションを起こしている続けます。そしてわれわれの視界の中から見真空のエネルギーも宇宙ごとに違っているとえている視界がだんだん大きく、早く膨張しいう考えです。宇宙はたくさんありますが、ていくので、遠くにあるものは見えなくなっその中でも知的生命体、人間が生まれる宇宙てしまいます。遠くにあるものはある意味でのみが認識されます。

は光よりも早く膨張を始め、残念ながらわれそして現在の値より大きな値を持つ宇宙でわれの視界から見えなくなってしまう。われは、天体が生まれません。宇宙が急激に大きわれの宇宙の中に人類が発展していくとしてくなりますので、塊ができない。塊ができなも、将来光の早さに近いようなロケットをついと知的生命体も生まれません。田村先生のくることができたとしても、先祖が見ていた

おっしゃったような惑星系とか地球はできまような世界に、あとの子孫は達することはでせん。そのようにある値以下の適当な真空のきません。宇宙を征服するなどは夢の夢で、エネルギーを持っている宇宙のみが、知的生原理的にとても不可能であることになってし命体を運び込むことができる。そしてその知まいます。

的生命体が認識できる宇宙は必ず適度な真空

しかしこの加速膨張が止まるならば、つまのエネルギーを持っている宇宙なのであるとりダークエネルギーが宇宙の第１の争点と同いう考え方です。

じようになくなるならば、何か一つカタンとつまり知的生命体が生まれる宇宙のような落ちることがあれば、もちろん再び宇宙の膨

適当な真空のエネルギーを持っているものの張は減速する可能性もあります。減速するなみが認識される。ほかにもたくさんいろいろ

らば将来ビッグクランチといって収縮してしな宇宙はあります。莫大な真空エネルギーをまう可能性ももちろんあります。もちろんそ持っている宇宙もあります。しかしそこではのような場合はわれわれ人類、将来の知的な知的生命体が生まれない。ですから認識され人類は宇宙の無限の世界に羽ばたくことも原ない。こういう説明の仕方です。本当かどう

理的には可能です。しかしいまのところ残念

かわかりませんが、宇宙はたくさんあるといながらこれに答えるような物理学の法則は、

う話は、私たちも昔いたしました。またリン

私どもは持っていません。まったくの謎であデという人も提案しています。

ると言わざるを得ません。

それから無から宇宙が生まれるという話を24

このように宇宙は理論とみごとに一致しました。万々歳という世界です。しかし暗黒物です。それは量子論の発見の理由になったわ

質とかダークエネルギーとか、大きな謎が生けですが、この二つの暗雲が残っている。こまれてきました。私たちは現在宇宙をかたちの正体がどうもよくわからない。物理学は非づくっている物質の96％の正体をまったく知

常にきれいで、全部をみごとに説明できる。

りません。これで宇宙がわかったとは、とてしかしこの二つだけは何か妙な雲があるといも言えたものではない。この暗黒エネルギーうことを、ケルビンは指摘していました。

の問題は、ちょうど19世紀末の物理学の状況

そういうことでいうと現在のダークエネルと同じではないかという気がしています。19

ギーと暗黒物質、暗黒物質はもうちょっと軽世紀の終わり、アインシュタインが出る寸前

いかもわかりませんが、暗黒エネルギーの問ですが、このときに驚いたことに、物理学は

題は結構物理学の根底にかかわるような大き終わったのではないかと言われていました。

な問題ではないかと、私は思っています。

現在の量子論も相対論もできていないのに、最後はこのスライドで終わりたいと思いまなぜ皆さんが物理学は終わったと思ったのか。

す。私たち宇宙論の研究を進めている者はな

実はニュートン力学の体系があまりにもきぜ宇宙論の研究を進めているかということでれいにまとまりました。解析力学という関係

すが、やはりわれわれが住んでいる宇宙はど

で力学系はきわめてきれいに記述できるようんなものなのか。私たちはその宇宙の中でどになりました。熱力学といって、いろいろなういう存在なのか。そういうことを知りたい

分子や原子の運動になるものですが、その熱からです。これは有名なポール・ゴーギャン

力学も数学的にきわめてみごとに定式化されの絵です。ご存じの方も多いと思いますが、ました。ニュートン力学と熱力学の二つによ

この絵のタイトルは、「我ら、いずこより来ってこの世界はすべて完全に理解できるのでたりしや。我ら、何者なりや。我ら、いずこはないか。もう原理的にはわかったのだ。あに去らんとするや」ゴーギャンの晩年の作品とは単に細かなことを調べるだけだという時です。現在私たち宇宙論の研究者は大変あつ代になっていました。

かましい話ですが、この人類の歴史が始まっ

しかしそのときに何かわからない、二つのた頃から問い続けられた宇宙の開闢の話、宇暗雲がある。ロード・ケルビンは大物理学者

宙の中における人間の位置の話、そのようなですが、それがあると彼は認識しました。つ

ものを科学的に答えることができるような時

まり一般相対論に関係したエーテルというも代になったと自負しています。

のがまだ見つかっていない。それから黒体輻

この宇宙論の研究の中でわかってきたこと

射の発散という、溶鉱炉で出てくる光の問題

ですが、世界を認識できる能力を持っている

図11 ポール・ゴーギャンの晩年の作品「われら何処より来りしや」、「われら何者なるや」、「われら何処に去らんとするや」（ボストン美術館）

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人間という存在、宇宙の中ではいろいろな天
体があります。いろいろなおもしろい現象もたくさんあります。しかし宇宙の歴史の中で自分がいったい何ものであるかということを知っている存在である人間は、実にすばらし
い存在ではないかと思っています。もちろん人間だけではないかもわかりません。何らかの知的生命体という意味ですが、宇宙の中でのこういう存在であることができていることは、人間としても大変うれしい。偉大な存在ではないかと思っています。
聞き苦しい講演になりましたが、ご清聴ありがとうございました。

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