宇宙はどのように始まったのですか?

これは、ビッグバンから現在までの宇宙のタイムラインを表しています。左は「ビッグバン」として知られる宇宙の「誕生イベント」。 NASA / WMAP 科学チーム

宇宙はどのように始まったのですか？これは、科学者や哲学者が星空を見上げながら歴史を通じて熟考してきた疑問です。その答えを出すのが天文学と天体物理学の仕事です。しかし、これに取り組むのは簡単ではありません。

誰かがビッグバンを見た場合、ビッグバンがどのように見えるかについてのアーティストのコンセプト。 ヘニング・ダルホフ/ゲッティイメージズ

答えの最初の大きなかすかな光は、1964 年に空からもたらされました。そのとき、天文学者のアルノ ペンジアスとロバート ウィルソンは、エコー気球衛星から反射された信号を探すために取っていたデータに埋もれているマイクロ波信号を発見しました。当時、彼らはそれが単に不要なノイズであると想定し、信号をフィルタリングして除去しようとしました。

ペンジアスとウィルソンが、宇宙の誕生を告げる宇宙背景放射からの信号に出くわしたときに使用していたアンテナ。 ファビオ、CC BY-SA 3.0

しかし、彼らが検出したものは、宇宙の始まりの直後から来ていたことが判明しました.彼らは当時それを知らなかったが、発見した. 宇宙マイクロ波背景 (CMB)。 CMB は、ビッグバンと呼ばれる理論によって予測されていました。これは、宇宙が宇宙の密集した高温点として始まり、突然外側に膨張したことを示唆していました。 2 人の男性の発見は、その原初の出来事の最初の証拠でした。

ビッグバン

宇宙誕生のきっかけは？物理学によると、宇宙は特異点から誕生しました。これは、物理学者が物理法則に反する空間領域を表すために使用する用語です。彼らは特異点についてほとんど知りませんが、そのような領域が地球のコアに存在することは知られています。 ブラックホール .それは、ブラック ホールによって飲み込まれたすべての質量が小さな点に圧縮される領域です。無限に大きく、非常に小さい点でもあります。ピンポイントの大きさの何かに地球を詰め込むことを想像してみてください。特異点は小さくなります。

しかし、宇宙がブラックホールとして始まったというわけではありません。そのような仮定は、何かが存在するという疑問を提起するでしょう 前 かなり投機的であるビッグバン。定義上、開始前には何も存在しませんでしたが、その事実は答えよりも多くの疑問を生み出します。たとえば、ビッグバンの前に何も存在しなかった場合、最初に特異点が作成された原因は何ですか?これは、天体物理学者がまだ理解しようとしている「落とし穴」の質問です。

ただし、特異点が作成されると (それがどのように発生したとしても)、物理学者は次に何が発生したかについて十分な考えを持っています。宇宙は高温で高密度の状態にあり、インフレーションと呼ばれるプロセスを通じて膨張し始めました。それは非常に小さくて非常に密集していた状態から、非常に熱い状態になりました。その後、膨張しながら冷却した。このプロセスは現在、ビッグバンと呼ばれています。これは、1950 年に英国放送協会 (BBC) のラジオ放送中にフレッド ホイル卿によって最初に造られた用語です。

この用語はある種の爆発を暗示していますが、実際には爆発や強打はありませんでした。それはまさに空間と時間の急速な拡大でした。風船を膨らませるようなものと考えてください。誰かが空気を吹き込むと、風船の外側が外側に膨らみます。

ビッグバン後の瞬間

非常に初期の宇宙 (ビッグバンが始まってから数分の 1 秒後の時点) は、今日私たちが知っているような物理法則に縛られていませんでした。そのため、当時の宇宙がどのようなものであったかを正確に予測することは誰にもできません。それでも科学者は 持ってる 宇宙がどのように進化したかのおおよその表現を構築することができました。

第一に、幼児期の宇宙は当初、非常に熱く高密度であったため、 素粒子 陽子や中性子などは存在できません。代わりに、さまざまな種類の 案件 (物質と反物質と呼ばれる) が衝突し、純粋なエネルギーが生成されます。最初の数分間で宇宙が冷え始めると、陽子と中性子が形成され始めました。ゆっくりと、陽子、中性子、および電子が集まって、水素と少量のヘリウムが形成されました。その後の数十億年の間に、星、惑星、銀河が形成され、現在の宇宙が形成されました。

ビッグバンの証拠

では、ペンジアスとウィルソンと CMB に戻りましょう。彼らが見つけたもの（そして彼らが獲得したもの） ノーベル賞 ) は、しばしばビッグバンの反響として説明されます。峡谷で聞こえるエコーが元の音の特徴を表しているように、それ自体の特徴を残しました。違いは、可聴エコーの代わりに、ビッグバンの手がかりが宇宙全体の熱サインであることです。その署名は、宇宙背景探査機 (COBE) 宇宙船と ウィルキンソン マイクロ波異方性プローブ (WMAP) .彼らのデータは、宇宙誕生イベントの最も明確な証拠を提供します。

7 年間の WMAP データから作成された、初期宇宙の詳細な全天画像。この画像は、銀河になるまで成長した種に対応する 137 億年前の温度変動 (色の違いとして示されています) を明らかにしています。 NASA / WMAP 科学チーム

ビッグバン理論の代替案

一方、 ビッグ・バン 理論は、宇宙の起源を説明する最も広く受け入れられているモデルであり、すべての観測証拠によってサポートされていますが、同じ証拠を使用してわずかに異なる話をする他のモデルがあります.

一部の理論家は、ビッグバン理論は誤った前提に基づいていると主張しています。つまり、宇宙は拡大し続ける時空の上に構築されているということです。彼らは、アインシュタインの理論によって最初に予測されたものである静的な宇宙を示唆しています 一般相対論 .アインシュタインの理論は、宇宙が膨張しているように見える方法に対応するために、後で修正されました。そして、拡張は物語の大きな部分を占めています。 暗黒エネルギー .最後に、宇宙の質量の再計算は、ビッグバンの事象理論を支持しているようです。

実際の出来事に関する私たちの理解はまだ不完全ですが、CMB データは宇宙の誕生を説明する理論を形作るのに役立っています。ビッグバンがなければ、星も銀河も惑星も生命も存在できませんでした。

速い事実

• ビッグバンは、宇宙の誕生イベントに付けられた名前です。
• ビッグバンは、約 138 億年前に何かが小さな特異点の膨張を開始したときに発生したと考えられています。
• ビッグバン直後の光は、宇宙マイクロ波放射 (CMB) として検出できます。これは、ビッグバンが発生してから約 380,000 年後に生まれたばかりの宇宙が光を放っていたときの光を表しています。

ソース

• ビッグバン。 NASA 、NASA、www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/。
• NASA 、NASA、science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• 宇宙の起源。 ナショナル・ジオグラフィック 、ナショナル ジオグラフィック、2017 年 4 月 24 日、www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/。

によって更新および編集されましたキャロリン・コリンズ・ピーターセン。