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宇宙の始まりの前には何があった?「ビッグバン以前」に挑む物理学者たちの答えは"まだ誰も知らない"

宇宙の始まりの前には何があった?「ビッグバン以前」に挑む物理学者たちの答えは"まだ誰も知らない"

読む前に予想してみよう!

ビッグバン理論は「宇宙は一点で爆発して、そこから物が飛び散った」という意味だ

研究カード(どんな研究?)
対象
宇宙全体
規模
宇宙背景放射の全天観測など
研究の種類
観測研究と理論研究
確かさ
★★☆☆☆(「以前」については仮説段階)
3秒でわかる

宇宙は約138億年前、熱いビッグバンから膨張を始めたが、その「前」はまだ不明。時間そのものが始まった説、無から生まれた説、前の宇宙が跳ね返った説などがある。

ひとことで言うとビッグバンの前に何があったかは、科学の最前線でもまだナゾ!

もくじ
  1. そもそもビッグバンとは
  2. 説①:時間そのものがそこで始まった
  3. 説②:宇宙は「無」から生まれた
  4. 説③:前の宇宙が「跳ね返った」
  5. まとめ

宇宙の始まりの「前」に何があったのかは、今の科学ではまだわかっていません。わかっているのは、宇宙が約138億年前、とても熱く密度の高い状態から膨張を始めたこと(ビッグバン)。その「前」については、物理学者たちがいくつもの仮説を出して、真剣に議論している最中です。

この記事では、代表的な考え方を3つ紹介します。どれも「マジか!?」と言いたくなる発想ばかりです。

01そもそもビッグバンとは

宇宙の年齢は、宇宙を満たすビッグバンの残り光(宇宙マイクロ波背景放射)を、ヨーロッパの衛星「プランク」などがくわしく観測して、約138億年と求められました(くわしくは宇宙の年齢の測り方)。

ビッグバンという名前のせいで「どこか1点で爆発が起きた」と思われがちですが、実際は空間そのものが、どこもかしこも同時に広がってきたというイメージです。

02説①:時間そのものがそこで始まった

イギリスの物理学者ホーキングと、アメリカのハートルは1983年、宇宙の始まりを量子力学で表す理論を発表しました。

この考え方では、宇宙の始まりの近くでは「時間」がふつうの時間らしさを失うとされます。ホーキングはよく、「ビッグバンの前に何があったか、と聞くのは、北極点より北に何があるか、と聞くようなものだ」とたとえました。北極点より北がないように、始まりより前という時間がないのかもしれない、というわけです。

「北極点より北には何がある?」――ホーキングのたとえ
「北極点より北には何がある?」――ホーキングのたとえ

03説②:宇宙は「無」から生まれた

1982年、物理学者ヴィレンキンは「無からの宇宙の創生」という論文を発表しました。ここでいう「無」は、物質も空間も時間もない状態。量子力学のゆらぎによって、そこから小さな宇宙がポンと生まれることがありうる、という考え方です。

その小さな宇宙は、インフレーションと呼ばれる超高速の膨張で一気に大きくなり、その後、熱いビッグバンの宇宙になった――というシナリオです。インフレーションは1981年にグースが提案した理論で、宇宙がなぜこんなに平らで、どこも同じように見えるのかをうまく説明します。

04説③:前の宇宙が「跳ね返った」

ほかにも、縮んでいた前の宇宙が、ある時点で跳ね返って膨張に転じたという「バウンス宇宙論」や、宇宙が終わりと始まりを何度もくり返すという説もあります。

ただし2003年、ボーデ、グース、ヴィレンキンの3人は、インフレーションで膨張し続ける宇宙は、過去に無限にさかのぼることはできないことを示しました。つまり、インフレーションだけでは「始まり」の問題からは逃れられず、その先にある別の物理が必要なのです。

05まとめ

宇宙の始まりの前には何があったのか。答えは「まだ誰も知らない」です。

時間そのものが始まったのか、無から生まれたのか、前の宇宙があったのか。人類がまだ答えを知らない、いちばん大きな問いのひとつに、今も世界中の物理学者が挑み続けています。

この研究を英語で読もう原田英語の English CornerAbout 13.8 billion years ago, the universe began expanding from a very hot, dense state. 音声 4択クイズ9問A2・B1・B2タップして開く

原田英語の English Corner

この研究を英語で読もう

About 13.8 billion years ago, the universe began expanding from a very hot, dense state. This is the Big Bang. It was not an explosion at one point in space; instead, space itself has been stretching everywhere. But what came before the Big Bang?

Scientists do not know, but they have several ideas. In 1983, Hawking and Hartle suggested that time itself may have begun then, so asking about "before" is like asking what is north of the North Pole. Another idea, from 1982, is that a tiny universe appeared from nothing and then grew extremely fast. A third idea is that an earlier universe shrank and then bounced back.

110 words ・ CEFR B1

和訳を見る

約138億年前、宇宙はとても熱く密度の高い状態から膨張を始めました。これがビッグバンです。それは空間のある一点で起きた爆発ではなく、空間そのものがあらゆる場所で広がってきたということです。では、ビッグバンの前には何があったのでしょうか。

科学者にもわかりませんが、いくつかの考えがあります。1983年、ホーキングとハートルは、時間そのものがそのときに始まったのかもしれないので、「前」について聞くのは北極点より北に何があるかを聞くようなものだと提案しました。1982年に出された別の考えは、小さな宇宙が無から現れ、その後ものすごい速さで大きくなったというものです。3つ目の考えは、以前の宇宙が縮んでから跳ね返った、というものです。

4択リーディングクイズ

Q1. What is the passage mainly about?

Q2. According to the passage, what is the Big Bang?

Q3. Why is the question compared to asking what is north of the North Pole?

重要単語

  • originB1
    名詞起源Scientists study the origin of the universe. 形容詞 original「最初の・独創的な」、動詞 originate「生じる」。the origin of species(種の起源)も有名。
  • expandB1
    動詞膨張する・広がるThe universe has been expanding for billions of years. 名詞 expansion。ex-(外へ)+pand(広げる)。反対は contract「縮む」。
  • inflationC1
    名詞インフレーション(宇宙の急膨張)Inflation made the universe smooth and flat. 経済では「物価上昇」の意味。inflate「ふくらませる」が語源で、どちらも「ふくらむ」イメージ。
  • hypothesisB2
    名詞仮説This idea is still only a hypothesis. 複数形は hypotheses。test a hypothesis「仮説を検証する」は研究紹介の定番。
  • singularityC1
    名詞特異点Physics breaks down at a singularity. single(単一の)から「ただ一つの特別な点」。AI分野の「技術的特異点」もこの語。
  • denseB2
    形容詞密度の高い・濃いThe early universe was hot and dense. 名詞 density「密度」。dense fog「濃い霧」、densely populated「人口が密集した」も頻出。
宇宙の始まりの「前」には何があったのか。ホーキングは「北極点より北は何がある?と聞くようなもの」と考えた。一方で「宇宙は無から生まれた」「前の宇宙が跳ね返った」という説も。答えはまだ誰も知らない、科学の最前線。

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出典・参考文献(5件)タップで表示
  1. Lemaître (1931) The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory, Naturedoi.org
  2. Guth (1981) Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems, Physical Review Ddoi.org
  3. Hartle & Hawking (1983) Wave function of the Universe, Physical Review Ddoi.org
  4. Borde, Guth & Vilenkin (2003) Inflationary Spacetimes Are Incomplete in Past Directions, Physical Review Lettersdoi.org
  5. Planck Collaboration (2020) Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysicsdoi.org