第２章 心を通して №407

1917年、アインシュタイン自身も宇宙の構造を方程式によって、時間、空間、物質を定量的に記述することによって調べた結果、宇宙は膨張したり収縮したりする、という結果に導かれました。
回転運動する一つの天体の質量と、その空間と時間のゆがみは、そのゆがみの近くで動く他の天体の動きを左右し、この相互にからみ合ったダンスが、宇宙全体に向けて影響を与えます。
このような、天体の動きが相互におこす影響を、宇宙全体にあてはめて計算すると、宇宙空間全体の大きさは、時間とともに変わることになります。大きな天体のあるところでは、時空のゆがみも大きくなり、周囲に与える影響も大きくなるなど、宇宙は伸縮自在な織物が天体の重さと運動に合わせて、膨張したり収縮したりしていることになります。
ニュートンは絶対空間の存在を仮定し、この絶対空間という基準に対して、物体が等速運動を続けるとしていました。これに対してマッハは、宇宙の中での物質の分布が、等速運動を定義する基準であるとしました。これをマッハの原理といいます。そしてマッハの影響を受けていたアインシュタインは、宇宙は有限で静的で、マッハの原理に即したものなので不変であると信じて、宇宙の収縮を止める「宇宙項」を式に付け加えました。（この宇宙項は、現在では宇宙定数とも呼ばれています。）
ということは、ニュートンが絶対空間を信じたように、アインシュタインもまた、不動で静的な不変の宇宙を信じていたといえます。
ソ連の数学者アレキサンダー・フリードマンは、1922年に一般相対性理論を使って、膨張宇宙のモデルを作りました。1929年にアメリカのハッブルが、宇宙が本当に膨張していること発見し、それを聞いたアインシュタインは「宇宙項」を付け加えたことを後悔し、削除したといいます。
宇宙が膨張しているということは、過去に時間をもどすと高密度で高温の小さな宇宙があり、そこから爆発的な宇宙膨張が始まったと、物理学者ジョージ・ガモフは1948年に提唱し、ここからビッグバン宇宙論が生まれました。
原子物理学に詳しかったガモフは、宇宙の最初は中性子のかたまりだったと考えました。中性子がベータ崩壊して陽子が生まれ、その陽子と中性子が結合してあらゆる原子が誕生したと想像しました。
ガモフは、核融合反応を元素が創られた原動力とすると、そのため宇宙は超高温・超高密度の“火の玉”状態の大爆発から宇宙膨張が始まったとしたのです。
後の研究で、最初に中性子だけのかたまりが存在しにくいことや、重い元素は星の内部で起こっている核融合でつくられる事などがわかり、ガモフの説に修正が加えられましたが、ガモフのビッグバン理論は現代宇宙論の基礎になっています。
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