「宇宙創成 (上)」 シン･サイモン 2006年 新潮文庫
最近の読書は科学史か俳句。年寄り臭いな〜、とか思いながら面白がっています。この本を読んで…ビッグバンを受け入れてもいいかな〜とか感じています。さすがの筆力ですね (^^)/ 以下はこの本の引用と要約です。
■ はじめに神は
中国の創生神話によれば、宇宙卵から盤古(ばんこ)という巨人が生まれた。アイスランドの「新エッダ」によれば、宇宙創成は大きな裂け目の中で起こる。裂け目を境に、ムスペッル(炎の国)とニヴルヘイム(霧の国)に分かれていた。
紀元前６世紀、ミレトスのアナクシマンドロスは、地球の周りには火で満たされた環が回っていて、太陽はその環に開いた穴だと論じた。ヘリオス神の燃え盛る馬車=ギリシャ神話とは異なっている。
サモス島のピュタゴラスは、和音の理論を作り上げた。数学を使って音楽を解釈し、科学者たちはあらゆるものに数を使うようになった。「万物は数なり」ピュタゴラス。天体を支配する数の規則を見出そうとした。
大地は球形ならば、太陽光の当たり方の違いで天候が説明できる。月は丸い。ギリシャ人は、宇宙の中心に全てのものが引き寄せられると考えた。地球の中心は、宇宙の中心と一致していた。
紀元前276年に生まれたエラトステネスは、古代世界で最も権威ある学術ポストだったエジプトのアレクサンドリアの図書館長を務めた。アレクサンドリアは、アテナイから知の中枢の座を引き継いでいた。エラトステネスは、二地点に立てた棒と太陽光線の角度を測り、地球の中心に向かって引いた半径のなす角度を知り、地球の大きさを導いた。月や太陽や、地球と月、地球と太陽の距離を計算した。
紀元前５世紀のアナクサゴラスは、太陽や月は、神ではなく、岩石だとした。邪教を説くものとして追われた。
クロトンのピロラオスは、紀元前５世紀のピュタゴラス派の学徒。地球が太陽の周りを回っていると考えた。紀元前４世紀、ポントスのヘラクレイデスがその考えを推し進めた。
紀元前３世紀、アリスタルコスは、太陽の光を月が反射するとして、太陽と月と地球の位置関係を求めた。地球と太陽の距離を測った。地球は宇宙の中心にあるという説を否定し、地球は24時間で自転していると述べた。
古代ギリシャの自然哲学者は、論理と数学と観測に基づいていた。天体間の相互作用を理解し、宇宙動態モデルを作ろうとしていた。
バビロニア人たちは実践的天文学者だったが、宇宙は神に支配されていると考えていた。
クフ王の大ピラミッドが作られたのは、パルテノン神殿よりも２千年早い。秤や化粧品や錠前や蝋燭など様々なものを発明した。技術は科学の恩恵なしに進展した。
地球は動かず、太陽が回っているように見える。アリスタルコスの説が正しいかどうかは明らかではなかった。あらゆるものは宇宙の中心に向かい、地球は中心であるから動かないというのが伝統的な考え方だった。この説は合理的だった。リンゴは木から落ちて地球の中心に向かった。恒星の相対位置は変化しない。地球の位置が変われば、宇宙の見え方も変わって見える筈だ。
天の大勢に逆らって動いていたのは、当時知られていた５つ惑星だった。
プラトンとその弟子であるアリストテレスによれば、天体は円を描いて天空を渡らなければならない。
プトレマイオスの世界観では、まずはじめに、地球は宇宙の中心で静止しているという広く支持されていた仮説が置かれた。惑星の軌道は円運動の組み合わせになった。プトレマイオスのモデルは、三次元で複雑なものだった。プトレマイオスの体系は、高い精度で惑星の運動を予測した。アリスタルコスの太陽中心モデルよりも精度が高かった。
イスラム帝国の黄金期、アラブの天文学者は、天文装置を発明し、天来観測を行った。プトレマイオスの地球中心モデルを疑うことはなかった。
古代ギリシャの知恵は、スペインのトレドを通じて西欧世界に伝えられた。スペイン王アルフォンソ６世がトレドを奪還。西洋人はムーア人の図書館を利用する機会を得た。
西洋人は古代ギリシャの書物を疑わなかった。プトレマイオスの地球中心モデルは、４百年の間そのまま生き延びた。
アルフォンソ十世は、プトレマイオスの体系に納得しなかった。
14世紀になると、フランスのシャルル五世の司教となったニコル･オレームが、地球中心宇宙を支持する論拠は証明されたものではないとした。15世紀には、ドイツの枢機卿ニコラウス･クザーヌスが、地球は宇宙の中心ではないと述べた。
1473年生まれのミコワイ･コペルニク(ラテン名ニコラウス･コペルニクス)の天文学研究は、存命中にはほとんど読者を得なかった。コペルニクスはピュタゴラス派の教説を支持する教授に師事した。その教えは、アリスタルコスの哲学の核心でもあった。
コペルニクスが処刑を恐れて研究を発表しないこともあり得た。ルターは、コペルニクスを「聖書に歯向かう愚か者」と呼んだが、レティクスは科学こそが天の真理だというコペルニクスの信念に共感した。レティクスは、コペルニクスの出版に尽力した。1543年「天球の回転について」は公刊された。コペルニクスは死の床にあり、最後の瞬間に完成した本を一目見ただけだった。
コペルニクスの体系は、プトレマイオスのモデルよりも精度が低かった。
簡潔さは科学における望ましい特徴として高く評価される。フランシス会の神学者オッカムのウィリアムは破門される。オッカムの剃刀が意味を持つのは、二つの理論が同程度の精度の場合である。
ティコ･ブラーエ(1546年生)は、観測天文学の精度を高めた。彼の書斎には「回転について」があった。放浪の身の上だったヨハネス･ケプラーを助手とする。ティコのデータを手に入れたケプラーが、太陽中心モデルを確立するのに８年を要した。惑星軌道が描く楕円は、精密に知らべないと円と区別がつかなかった。「惑星は円軌道を組み合わせた軌道上を動く」という信念をようやく捨てることにより偉業を達成した。ケプラーはコペルニクスの誤りを指摘した。
惑星運動の謎を解いたとき、ケプラーは「全能の神よ、私はあなたの考えた通りに考えています」と叫んだ。
楕円運動では、太陽は軌道の真ん中ではなく、一方の焦点に位置している。
地球は相変わらず宇宙の中心だった。日常目にするもの全てが地球に引っ張られているのに、どうすれば惑星が太陽の周りを回れるというのだろうか？
ケプラーは、ガリレオが望遠鏡を使って天を探っていることを聞いた。
ガリレオ(1564年生)は、ピサの大聖堂で自分の脈拍を使って揺れの一往復にかかる時間を計った(観察)。振り子を使って実験をした。振り子の周期は、振り子の長さだけで決まるモデルを作った。そして、「脈拍計」を発明した。
ガリレオの望遠鏡は、ヴェネツィアに貢献した。敵がこちらを見る前に、敵を見ることができた。ガリレオは、望遠鏡を商品化して儲けた。
ガリレオは月を調べた。月には隆起や裂け目があった。太陽には黒点があった。天体は完全無欠な球体だとするプトレマイオスの説に対立した。1610年、木星の衛星を見つけた。あらゆるものが地球のまわりを回っているわけではないことの証拠だった。
ケプラーと文通していたガリレオは、金星の満ち欠けを観察し、太陽中心モデルの予想と一致することを確認した。
それでも、天文学者は静止した地球を信じていた。1616年、宗教裁判所は、太陽中心の世界観を異端とした。カトリック教会は、プロテスタントの脅威に警戒を強めていた。
太陽中心モデルは、16世紀になって天文学者に受け入れられるようになった。上の世代の天文学者が死んでいったからである。科学上の革新が、意見を変えさせることで達成されるのは稀である。
神学者たちは、学者の説を否定し続けると馬鹿に見えるのは自分たちだということに気がついた。
科学者は、宇宙創造に手を出さなかった。学者の多数は、天と地は神が創ったという考えを受け入れていた。
チャールズ･ダーウィンが進化論を発表すると、天地創造は本当に紀元前4004年だったのかが問題となった。1905年には、地球の年齢は５億年とする推定値が得られた。
地球が数千年で形成されるためには激変が必要だった。科学者たちは「斉一説」に傾き始めた。
宇宙は無限に古いだろうと考えられた。「永遠の宇宙」は、誰がどうやって作ったのかを説明しなくてもよくなる。
初期ギリシャのアナクシマンドロスもヘラクレイトスも宇宙は永遠だと述べた。
■ 宇宙の理論
紀元前四世紀のアリストテレスは、光速を無限大とした。11世紀イスラムのアヴィケンナ(イブン･シーナー)とアルハゼン(イブン･アルハイサム)は、光速を有限だとした。
1638年、ガリレオが光速を測定する方法を提案した。視力を失い軟禁中のガリレオは、自らこの実験を行うことはできなかった。
イオの動きにはわずかな不規則性が見つかっていた。オーレ･レーマーは、イオを出た光が地球にたどり着くまでに進む距離が変わるせいだと論じた。レーマーは光の速度は有限であることを示した。
光はどんな媒質を伝わるのか。音が様々な媒質を伝わることは分かっていた。
1657年、マクデブルク市長のオットー･フォン･ゲーリックは、真空ポンプを発明していた。空気が抜かれると音は聞こえなくなったが、鐘が打ち鳴らされる様子は見ることができた。光は真空を伝わることが示された。
科学者たちは、エーテルを生み出した。アルバート･マイケルソンは、1887年にエーテルの存在を否定した。
一定の速度で直進している限りは、自分の速度を感知する方法は無い。ガリレオの相対性原理は、地球は太陽のまわりを回っていることを納得させた。
アルバート･アインシュタインの思考実験によれば、光速で進むと自分の顔を鏡で見られないことになる。この結論は、ガリレオの相対性原理と矛盾する。光の速度は何に対しても秒速30万kmの一定の速度だとした。光速で移動しているのかじっとしているのか区別できなくなる。これは、ガリレオの相対性原理が要請していることだった。
「私の勉学の妨げになるのは、学校教育だけだった」。アインシュタインは大学の先生たちに敬意を払わなかった。研究職に就くための推薦状は貰えなかった。特許業務は一日に数時間もあれば片付いたので、残りの時間を自分の研究につぎ込むことができた。
恋人のミレバは故郷で出産し、アインシュタインは娘の顔を見ることはなかった。リゼールはセルビアで養子に出された。
1905年、特殊相対性理論を発表したとき、アインシュタインは26だった。
ニュートンの重力法則「あらゆる物体は互いに引き合う」を使えば、衛星や惑星の軌道が楕円になることも予想できる。
観測屋に対して運動している時計はゆっくり時を刻む。時間と空間は伸びたり縮んだりする。伸び縮みする時空こそが、重力の根源だった。物質は時空に曲がり方を教え、時空は物質に動き方を教える。
「理論の良し悪しを判定するとき、私はこう自問します。もしも私が神だったら、世界をこんなふうに作るだろうかと」アインシュタイン。
1915年、ついに一般相対性理論を完成させた。
水星の楕円軌道は一定していない。ニュートンの重力理論は、強い重力環境では適用できなかった。
ニュートンの重力理論も質量の大きな物体によって光の径路は曲げられると予測するが、その曲がり方は小さい。アインシュタインは、皆既日食が起こっているときに星の変異を探してほしいと提案した。アーサー･エディントンは、1919年に重力方程式を支持する強力な証拠を得た、
アインシュタインは、突如として、科学者初のスーパースターになった。
重力を理解することは、天文学と宇宙論の成否を決する問題である。重力こそは、あらゆる天体の相互作用を導いている力だからだ。
宇宙全体に理論を適用しよとすれば、全ての天体を考慮に入れなければならない。宇宙を簡単化する「宇宙原理」=宇宙はどこでも同じ(等方的で均質)を仮定した。重力方程式を宇宙全体にあてはめたところ、宇宙は不安定らしかった。アインシュタインは、「宇宙定数」を導入した。
ニュートンの重力理論は、収縮する宇宙を導く。ニュートンは、無限の広がりを持つ宇宙を考えた。しかし、デリケートな平衡の上に成り立つ宇宙は不安定だった。神が介入して采配していると述べた。
アレクサンドル･フリードマンは、重力方程式から、膨張によって始まる動的な宇宙を描いた。壮大なスケールで進化する宇宙。宇宙は変化するという考え方に、アインシュタインは反対した。
膨張宇宙モデルは、ベルギーの聖職者にして宇宙論研究者であったジョルジュ･ルメール(1894年生)によって再発見される。ルメールは、宇宙は小さな領域から始まり、外向きに爆発した。宇宙は未来永劫にわたって進化し続けると考えた。ルメールは、今日のビッグバン･モデルに対して説明を与えた。彼は、一般相対性理論から出発して、宇宙の創造と膨張に関するモデルを作り、宇宙線や放射線崩壊の現象と統合した。
アインシュタインは、ビッグバンシナリオを却下した。反体制派だったアインシュタインも絶対権威になってしまっていた。
■ 大論争
「理論は崩れ去るが、観測は色褪せない」ハーロウ･シャブリー。「まずは事実をつかむことだ。あとは都合に応じてそれを曲解すればいい」マーク･トウェイン。
天文学にできることは、空を見つめることだけだ。
カロライン･ハーシュ(1738年生)は、星はどれも同量の光を出していると仮定して、星までの距離を推定した。星は円盤の内部にまとまって存在していることを示唆した。ミルキー･ウェイ(天の川)と呼ばれた。
ジョン･ハーシェルは、天の川銀河は宇宙で唯一の星の集団だと考えていた。イマニュエル･カントは、星雲の多くが楕円形に見えることに着目し、銀河は天の川以外にもあると考えた。カントは、神が有限な天の川銀河しか作らなかったというのは馬鹿げた考えだった。
第三代ロス伯ウィリアム･パーンズは、M51(渦巻き星雲)を発見し、星雲に星があるとした。
ナサニエル･ピゴットの興味の対象は変光星だった。ジョン･グッドリックは、アルゴルが連星であることを突き止めた。連星系の食。ケフェウス座のデルタ星のような明るさの変化の変光星は「セファイド」と呼ばれている。
ヘンリエッタ･リーヴィットは、セファイドの明るさと変化する周期との関係を調べた。セファイドの実際の光度と、見かけの明るさの変動周期に関数関係があることを見出した。暗いセファイドは遠くにある。セファイドの相対距離を求めることができた。
視差などの技術を組み合わせてあるセファイドの距離を測定することができた。セファイドは宇宙も物差しになった。
エドウィン･ハッブル(1889年生)は、星雲は個別の銀河だと考えていたが、彼が拠点としたウィルソン山天文台のほとんどの天文学者は天の銀河が唯一の銀河だとしていた。観測は重労働だった。セファイドを含むアンドロメダ星雲は、90万光年の彼方にあった。アンドロメダ星雲が天の川銀河の内部にないことは明らかだった。大論争に決着がついた。
ハッブルは宇宙の平均密度を計算した。地球千個分の体積にわずか１グラム。宇宙はほとんど空っぽ、何もない空間だ。
ウィルソン天文台は、ロサンゼルスから25�劼竜�離。ハッブルはハリウッド社交界の常連になった。
星の光の波長を調べて、星の温度を推定できる。トマス･メルビルは、原子は特定の色の光を放射することを明らかにした。
太陽は温度が高いため、可視光線の全ての波長で光を出すことができる。抜け落ちた波長は、太陽の大気中に含まれる原子に吸収されたため。太陽の大気に含まれる元素を明らかにできる。
分光器が作られ、恒星の成分を同定する方法が見つかった。そして、地球で見つかっていない元素を見出した。ギリシャ神話のヘリオスに因んでヘリウムと名づけられた。
ウィリアム･ハギンズは、宇宙は地球と同じ物質でできていることを証明した。24歳年下の妻マーガレットも熟練の天文学者だった。夫婦は、分光器を使えば星の速度もわかることを示した。
ガリレオは恒星は動かないと考えていたが、エドモンド･ハーレーはそれを間違いだと指摘していた。
ハギンズ夫婦は、光のドップラー効果(偏移)を検出し、シリウスが地球から遠ざかっていることを示した。地球から遠ざかるなら赤方偏移、近づくなら青方偏移。星の天空上での固有運動とドップラー偏移による視線速度を測定すれば、星の運動を探ることができる。
ヴェスト･スライファーは、星雲のドッップラー偏移を測定し、遠ざかっていく銀河の方が多いことを明らかにした。
銀河が後退する速度と、地球から銀河までの距離には強い相関があった。銀河の速度は、地球までの距離に比例していた。
ハッブルのデータと宇宙創造を結びつけるのは簡単だった。ルメールとフリードマンが導いたビッグバンだった。
宇宙論研究者のほとんどは、宇宙はある時点で創造されたという考えを退けた。
