宇宙の誕生は無から始まった?138億年の歴史を幅広く調査!

ふと夜空を見上げたとき、満天の星を見て「きれいだな」と思うと同時に、「この宇宙って、一体いつからあるんだろう?」と不思議に思ったことはありませんか? 学校の理科の授業でも少し習うかもしれませんが、実は宇宙の始まりには、教科書には書ききれないほどの「とんでもないドラマ」が隠されています。

今の科学では、宇宙は約138億年前に生まれたと言われています。でも、「生まれる前」はどうなっていたのでしょうか? 「何もない」ところから、どうやってこれほど巨大な宇宙が出来上がったのでしょうか?

この謎は、長らく大人の科学者たちにとっても最大の難問でした。しかし、最新の研究によって、まるでSF映画のような驚きのストーリーが明らかになってきています。それは、私たちの常識をひっくり返すような世界です。

この記事では、難しい数式は一切使わずに「なるほど!」と納得できるような言葉で、宇宙の誕生から現在までの壮大な歴史をわかりやすく解説していきます。 「無」から始まった奇跡の物語を、一緒にのぞいてみましょう。

宇宙の誕生をわかりやすく解説!ビッグバンとインフレーション理論

「宇宙の始まり」と聞いて、多くの人が真っ先に思い浮かべる言葉は「ビッグバン」ではないでしょうか。 テレビや本でもよく出てくる有名な言葉ですよね。 でも実は、ビッグバンよりも「前」に、もっと重要な「本当の始まり」があったことを知っていますか?

ここでは、宇宙が生まれる瞬間の「ゼロ」の状態から、あの大爆発が起こるまでの流れを、スローモーションを見るように詳しく見ていきましょう。

始まりは「無」から?泡のように生まれた宇宙

まず、一番の謎である「一番最初の瞬間」についてです。 最新の宇宙論では、宇宙は「無(む)」から生まれたと考えられています。

「無」と聞くと、真っ暗で、空っぽで、シーンと静まり返っている場所をイメージしますよね? でも、物理学(科学)の世界で言う「無」は、ちょっと違います。 実は、目に見えないミクロの世界では、「無」の状態でもエネルギーが常にざわざわと動いているのです。

例えるなら、炭酸ジュースを思い浮かべてみてください。 コップに注いだ炭酸水は、一見何も起きていないように見えますが、よく見るとあちこちで小さな「泡」が生まれては消えていますよね? 宇宙の始まりも、これに似ています。

「無」という空間の中で、エネルギーの揺らぎ(ざわざわした動き)によって、ある時突然、ポコッと小さな「宇宙の種」のような泡が生まれました。 これが、私たちの宇宙の赤ちゃんでした。 その大きさは、ウイルスや原子よりもはるかに小さい、顕微鏡でも見えないほどの極小サイズだったのです。 何もないところから、トンネルを抜けるようにポコッと現れるこの現象を、科学者は「トンネル効果」と呼んだりします。

インフレーション理論:一瞬で巨大化する魔法

ポコッと生まれたばかりの赤ちゃん宇宙は、そのままでは弱すぎて、すぐにシュンと消えてしまう運命にありました。 しかし、ここで奇跡が起きます。 誕生した直後の宇宙が、信じられないスピードで急激に膨らんだのです。 これを「インフレーション」と呼びます。

どのくらい急激だったかというと、想像を絶するレベルです。 例えば、1ミリメートルくらいの大きさのものが、一瞬(1秒の1兆分の1よりもっと短い時間)のうちに、銀河系くらいの大きさまで巨大化したようなものです。

わかりやすく例えるなら、シワクチャに丸めたハンカチを、四方八方から強力な力で一気に引っ張って、ピンと伸ばすようなイメージです。 あるいは、しぼんだ風船が、一瞬にして地球サイズまで膨らむようなものです。

なぜ、こんな急激な拡大が必要だったのでしょうか? それは、今の宇宙がとても「平ら」で「均一」だからです。 もしインフレーションがなかったら、宇宙はボコボコのまま大きくなってしまい、今のきれいな星空は生まれていなかったでしょう。 このインフレーションという「急拡大」のおかげで、宇宙はきれいに整地され、広大な空間を手に入れたのです。

ビッグバン:宇宙がアツアツの火の玉に!

インフレーションによる急激な膨張が終わったとき、宇宙には凄まじいエネルギーが溜まっていました。 ゴムを限界まで引っ張ってパチンと放すと、すごい勢いで戻って熱を持つように、インフレーションが終わった瞬間、そのエネルギーが一気に「熱」に変わりました。

ここで初めて、宇宙は超高温・超高密度の「火の玉」になりました。 これこそが、皆さんがよく知る「ビッグバン」です。 つまり、ビッグバンは「宇宙の誕生そのもの」というよりは、インフレーションの後に起きた「超・加熱イベント」だったのです。

この時の温度は、1兆度なんてレベルではありません。あまりにも熱すぎて、物質はドロドロに溶け、原子の粒さえもバラバラになって飛び回っている状態でした。 この「灼熱のスープ」のような状態から、宇宙の歴史が本格的にスタートしたのです。

最初の3分間:元素の材料ができるまで

ビッグバンでアツアツになった宇宙ですが、風船が膨らむと空気が冷えるのと同じで、宇宙も膨張を続けながら急速に冷えていきました。 温度が下がると、飛び回っていた小さな粒(素粒子)たちが、少しずつ落ち着きを取り戻し、お互いにくっつき始めます。

ビッグバンから約3分後。 ここで非常に重要な出来事が起きます。 それまでバラバラだった陽子(ようし)と中性子(ちゅうせいし)という粒がくっついて、物質の元となる「原子核」ができ始めました。

この「最初の3分間」で作られたのは、一番単純な「水素」と「ヘリウム」という元素です。 今、宇宙にある物質のほとんどが水素とヘリウムなのは、この最初の3分間に作られた名残りなのです。 料理で言えば、スープのベースとなる「出汁(だし)」が、この短い時間で決まってしまったようなものです。

その後、宇宙は数十万年かけてゆっくりと冷えていきましたが、まだ真っ暗な霧の中のような状態が続きました。 光の粒が電子という粒に邪魔されて、まっすぐに飛ぶことができなかったからです。

しかし、誕生から38万年後、ついに「宇宙の晴れ上がり」というイベントが起きます。 温度が十分に下がったことで、電子が原子核に捕まり、邪魔者がいなくなったのです。 その瞬間、光がサーッと宇宙空間を直進できるようになり、宇宙は現在のように透明になりました。


宇宙の誕生から現在までをわかりやすく!星と銀河の進化

「宇宙の晴れ上がり」で霧が晴れて、透明にはなりましたが、まだそこにはキラキラ輝く星はありませんでした。 ただただ、暗闇の中にガスが漂っているだけの世界です。 そこから、どうやって私たちが夜空で見ているような美しい星や天の川(銀河)ができたのでしょうか? ここからは、暗闇に光が灯り、私たちの住む銀河系ができるまでの進化を見ていきましょう。

暗黒時代と「一番星」の点灯式

宇宙が晴れ上がってからの数億年間は、「暗黒時代(ダークエイジ)」と呼ばれています。 文字通り、星がひとつもない真っ暗な時代です。 しかし、この暗闇の中で、静かに「星を作る準備」が進んでいました。

宇宙に漂っていたガスは、場所によって濃かったり薄かったりしていました。 濃い場所には「重力(物を引き寄せる力)」が強く働きます。 すると、周りのガスがどんどん引き寄せられて集まっていきます。 雪だるまを作る時に、芯を作って転がすとどんどん大きくなるのに似ていますね。

ガスが大量に集まると、中心部分はものすごい圧力でギュウギュウに押しつぶされ、温度が急上昇します。 そして、ある温度を超えたとき、中心で「核融合(かくゆうごう)」という爆発的な反応が始まりました。

ピカッ! ついに、宇宙に最初の光が灯りました。 これが「ファーストスター(初代星)」の誕生です。 暗黒の宇宙で行われた、最初の点灯式です。

この最初の星々は、今の太陽よりも数十倍、数百倍も巨大で明るい星だったと考えられています。 しかし、太く短く生きる運命にあり、あっという間に燃え尽きて、大爆発(超新星爆発)を起こして死んでしまいました。 この爆発によって、星の中で作られた炭素や酸素、鉄といった「重い元素」が宇宙にばら撒かれました。 これが、後に地球や私たちの体を作る材料になったのです。 私たちは、昔の星の欠片(かけら)でできていると言っても過言ではありません。

銀河の形成と「ダークマター」という黒幕

星が生まれただけでは、今の宇宙のような「銀河(星の大集団)」にはなりません。 星々をひとつの場所に集めておく強力な「糊(のり)」のような役割が必要です。 そこで登場するのが、「ダークマター(暗黒物質)」という謎の存在です。

ダークマターは、目には見えません。光も出さないし、反射もしません。 でも、確かに「そこにある」のです。なぜなら、重力を持っているからです。

実は、宇宙にある「物質」のうち、私たちが知っている原子などはほんの数パーセント。 残りの大部分は、この正体不明のダークマターが占めています。

宇宙の初期、このダークマターが蜘蛛の巣のように広がり、その重力でガスを引き寄せました。 ダークマターが集まっている「窪み」にガスが溜まり、そこでたくさんの星が生まれ、それらがまとまって「銀河」になりました。 つまり、ダークマターは、銀河を作るための「骨組み」や「揺りかご」の役割を果たしたのです。 もしダークマターがいなかったら、星はバラバラのままで、私たちが住む天の川銀河も、太陽系も地球も生まれていなかったでしょう。

ダークエネルギーと加速する宇宙の未来

こうして銀河が生まれ、宇宙は今の姿に近づいてきました。 しかし、物語はここで終わりません。現在進行形で、宇宙は不思議な変化を続けています。

昔の科学者たちは、「重力でお互いが引き合っているから、宇宙の膨張(広がり)はだんだんゆっくりになるはずだ」と考えていました。 ボールを上に投げたら、重力でスピードが落ちていくのと同じ理屈です。

ところが、1998年に衝撃の事実が判明しました。 なんと、宇宙の膨張スピードは遅くなるどころか、「加速」していたのです。 誰かがアクセルを踏み続けているかのように、グングン広がっているのです。

この加速を引き起こしている犯人が、「ダークエネルギー」と呼ばれる謎のエネルギーです。 ダークマターが「引き寄せる力」だとすれば、ダークエネルギーは「引き離して広げる力(空間を膨らませる力)」です。 現在、このダークエネルギーの力が重力に打ち勝ち、宇宙を猛スピードで押し広げています。

このまま加速が続くと、遠くの星々は光の速さ以上のスピードで遠ざかってしまい、いつか地球からは何も見えなくなってしまうかもしれません。 宇宙の未来がどうなるのか、それはこのダークエネルギーの正体次第なのですが、それはまだ誰も解明できていない最大のミステリーなのです。


宇宙の誕生をわかりやすく総まとめ

ここまで、138億年という気の遠くなるような宇宙の歴史を駆け足で見てきました。 「無」という泡から始まり、風船のように一気に膨らみ、火の玉になり、そして星が輝きだす。 まるで奇跡の連続で、今の私たちがここにいることがわかりますね。 最後に、この壮大な物語のポイントをわかりやすく整理しておきましょう。

宇宙の誕生と歴史についてのまとめ

今回は宇宙の誕生の歴史についてお伝えしました。以下に、今回の内容を要約します。

・今の宇宙は約138億年前に誕生したと考えられている

・始まりは「無」の空間で、エネルギーが泡のように揺らいでいた

・ミクロの宇宙の種が、トンネル効果でポコッと生まれた

・生まれた直後、インフレーションという「超・急激な膨張」が起きた

・インフレーションは、シワを伸ばすように宇宙を一瞬で巨大にした

・急膨張のエネルギーが熱に変わり、灼熱の「ビッグバン」が始まった

・ビッグバン直後はドロドロのスープ状で、原子もバラバラだった

・誕生から3分間で、水素やヘリウムといった元素の材料が作られた

・38万年後に温度が下がり、光が通る「宇宙の晴れ上がり」が起きた

・真っ暗な時代を経て、最初の星「ファーストスター」が輝きだした

・目に見えない「ダークマター」の重力が、星を集めて銀河を作った

・星の爆発によって、私たちの体を作る材料(酸素や鉄など)ができた

・現在は謎の「ダークエネルギー」によって、宇宙は加速して広がっている

・宇宙の成分の95%(ダークマターなど)は、まだ正体がわかっていない

宇宙のことを知ることは、実は「自分たちがどこから来たのか」を知ることと同じです。 私たちの体を作っている小さな粒も、元をたどれば138億年前のビッグバンや、その後の星の中で作られたものです。 次に夜空を見上げる時は、「自分もあの星たちと同じ材料でできているんだな」と思い出してみてください。 きっと、今までとは違った景色に見えてくるはずですよ。

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