宇宙の起源といえば、「ビッグバン」と呼ばれる大爆発が起きた話は有名ですが、
実はそのビッグバンは、宇宙が誕生してからほんの少し経ってから起きた爆発であると考えられています。
では、そのビッグバンの前、この宇宙の本当の起源とは何だったのかというと、
今現在、最も有力な仮説とされているのが、ビレンケンという学者によって提唱された
「無」からの創生論です。
そこで今回記事では、その宇宙の起源、ビッグバンの前に起こった一瞬の出来事について解説します。
ビッグバンの前、宇宙の起源とはどのようなものだったのか？
ビレンケンの創生論によれば、宇宙の起源は、「無」の世界にまで遡るとされています。
この「無」とは、文字通り何もない状態のことを言います。
酸素も二酸化炭素もなければ、そもそも原子さえなく、それを形作る電子や陽子、中性子といった粒子さえない無の空間です。
そして、それはもしかすると、今私たちが存在している次元とは別の次元の話なのかもしれません。
アニメや映画では、よく四次元の世界などが登場しますが、今回お話ししている宇宙の起源の創生論について知ると、そういった別の次元の存在を信じてみたくなると思います。
ビレンケンの説によれば、宇宙とはその全く無の世界から誕生したとされているのですが、「無」から「有」が誕生するというのは不可解な話ですよね。
これを、水槽のモデルに例えて説明しましょう。
もしも水槽の中が「無」の世界だったら
今、皆さんの目の前に密閉された水槽があるとします。
しかし、その中には水も入っていなければ、空気も入っていません。また、光さえ通さず、何ものも通さない全くの無の空間が密閉されているとしましょう。
すると、その中にはエネルギーは全く入っていません。エネルギーを抜ききったうえで密閉したからです。その中はまさに無の世界。そこから、何かが誕生するなど普通なら考えられそうにありません。
しかし、物理学においては不思議なことに、そこまで限りなく無にした状態であっても、そこには「空間のゆらぎ」が残ると考えられています。これは、どれだけ中からエネルギーを絞り出そうとも、残ってしまうゆらぎです。
これが、宇宙の起源に大きく関係しています。
このゆらぎがどう宇宙の起源に関係しているのかというと、実は、このゆらぎがあることによって、その水槽の中には、わずかながらに、エネルギーが疎な部分と、密の部分が存在することになります。
先ほど、エネルギーは全く入っていないと言ったのにこれはおかしな話ですが、実は、その空間はエネルギーがトータルで０になってはいますが、そのゆらぎによって、空間は「無」と「有」が繰り返されている場所があるというのです。
そして、そのエネルギーが密、つまり有となったある一部に、瞬間的に素粒子より小さな「宇宙の種」が誕生します。
通常、この種は一瞬にも満たないうちに消えてしまうと考えられていますが、これが何らかの原因によって水槽の外に飛び出し、急膨張を遂げて誕生したのが、我々のいる宇宙であると考えられているのです。
では、その水槽の中の無の空間は一体どこにあったのか。
これは誰にも分かりませんし、これこそがまさに別次元と呼べる空間なのかもしれません。
宇宙の種はどうやって水槽の外に飛び出したのか？
先ほどの話の続きですが、それではその水槽の中で誕生した宇宙の種は、いかにしてその水槽から飛び出してしまったのでしょうか？
本当の宇宙は水槽の中で誕生したわけではありませんので、このモデルはあくまで例でしかありませんが、今の宇宙は、そもそも我々の知りえないどこかからこの現実の世界に飛び出してきたことになります。
これについてビレンケンは、その宇宙の種は「トンネル効果」によって飛び出してきたと考えました。
このトンネル効果とは、我々のいるこの世界においても、電子などの素粒子レベルのミクロな世界においてごくまれに観察される現象であり、
通常ならエネルギー的に超えることができないとされる障壁を、素粒子がまるですり抜けたかのようにその壁の向こうまで移動してしまう現象のことを言います。
これは実際にはすり抜けたわけではなく、そういった素粒子が壁にぶつかると消滅し、波となって壁の反対側にまで伝播し、そこから同等の素粒子が飛び出すことによって起こる、見せかけの効果のことを言います。
しかし、これによって、結果全く同じものが壁の向こうから飛び出すことができるというのが、そのトンネル効果なのです。
宇宙の起源にそのような物理法則を当てはめることが可能なのかどうかは誰にもわかりませんが、もしこれが事実だとすれば、宇宙の起源についてもなんとなく理解できますよね。
ビッグバンの前に起きた急膨張
このようにして、宇宙の歴史は約138億年前に始まったと考えられているのですが、
先にお話ししたビッグバンという現象は、その宇宙誕生からおよそ10の-27乗秒後に起きた出来事であったと考えられています。
一瞬にも満たない出来事のようにも感じられますが、実はそのビッグバンの前に、宇宙はある急膨張をとげていたというのが、近年一般的な理論になってきました。
それが、「インフレーション理論」です。
このインフレーション理論では、宇宙は創生から10の-36乗秒～10の-34乗秒というビッグバンの前の瞬間に、「相転移」を起こして熱を放出し、その大きさは10の-34乗cmから、1cm程度の大きさにまで急膨張したと考えられています。
この相転移とは、例えば水のような液相が、氷のような固相に変化するようなものです。この場合も、熱を放出しますよね。
そして、その相転移の際に放出されたエネルギーで満たされた小さな空間の温度は、実に10の23乗℃にまで達したと考えられています。
そして、このエネルギーを解き放つかのように起こったのが、「ビッグバン」なのです。
ビッグバンが起きると、その宇宙は瞬間的に1000Km以上もの大きさになったと考えられています。これらの出来事が、宇宙の誕生から１秒にも満たない間に起きたというのだから驚きですね。
まとめ
今回は、宇宙の起源や、ビッグバンの前に起こった出来事について詳しくまとめました。
また、ビッグバンが起きると、今度は陽子や中性子を形作る粒子「クォーク」なども誕生し、電子も誕生しました。
しかし、これらが集まって、原子を作り始めたのは、その宇宙の創生から38万年後のことであるといわれています。これを「宇宙の晴れ上がり」と言います。
実は、この晴れ上がりまでは光子は進むことができなかったため、その世界に光という概念は存在しませんでした。そのため、ビッグバンも真っ暗闇の中で明るく光るような爆発が起きたわけではありません。
宇宙の起源についてはいまだに謎がいっぱいで、我々はまだ「無」からの創造に成功していませんが、
もしこれが成功すれば、宇宙の起源についてももう少し詳しくわかり、人類はまた新たな力を手にするのかもしれません。