はじめに　読んでくださる方へ

一日の仕事を終えたとき、少しのあいだ外に出る人は多いと思います。バス停まで歩くときかもしれませんし、ごみを出すときや、シフトが始まるのを待っているときかもしれません。そんなとき、ふと空を見上げることがあります。そこには月があったり、明るい星がひとつ光っていたり、運のよい夜には満天の星が広がっていたりします。そして、その静かなひとときに、昔からの問いがよみがえってくることがあります。このすべては、いったいどこから来たのだろう、と。

この本は、その問いに、ひと晩ずつ、やさしく答えようとするものです。今の人々が理解しているかぎりで、宇宙がどのように始まったかをお話しします。宇宙はかつて非常に熱く、ぎっしりと詰まっていたこと。およそ138億年にわたって膨張し、冷えつづけてきたこと。最初の原子、最初の星、最初の銀河がどのようにできたのか。そして、ずっとあとになって、太陽と地球と、私たち自身の体をつくる原子がどのように生まれたのか。また、人々がそれをどうやって知ったのかも、少し短めにお話しします。大きな発見の多くは、仕事をしている人々によってなされました。ガラス板に写った星を測るために雇われた女性、アンテナの雑音を取り除こうとしていた二人の技術者、鉛筆と紙で自分の考えを組み立てていた物理の先生などです。

物語は十五の夜に分けて語られ、一つの章がひと晩にあたります。どの章も、ヌールの一日の仕事から始まります。ヌールは、地球のはるか上空にある宇宙ステーションで六か月を過ごしている宇宙飛行士です。彼女の仕事は、予定表や点検リスト、小さな修理、長い勤務時間でいっぱいで、地上の多くの仕事とよく似ています。その日のできごとの中の何かが一つの問いにつながり、その問いがその夜の物語につながっていきます。眠る前に、ヌールは弟のサミに短いメッセージを送ります。サミは夜に配送トラックを運転していて、休憩のときに姉のメッセージを読みます。ヌールもサミも、ステーションの乗組員たちも想像上の人物で、ステーションも実在のものではありません。けれども、彼らの暮らしは、本物の宇宙飛行士の暮らしに近いものです。

各章の終わりには、よくある誤解をいくつか取り上げます。宇宙について、あるいは宇宙での暮らしについて、多くの人が信じているけれど、少し正確ではないことです。これは、だれかに恥ずかしい思いをさせるためのものではありません。ほとんどの人が、いつかどこかで、そのうちのいくつかを信じていたことがあります。事実がわかる前の多くの科学者たちもそうでした。誤解をじっくり見つめることは、本当のことを理解するいちばんやさしい道であることが多いのです。

十五の夜の読み方

この本を読むのに、科学の知識は必要ありません。新しいことばは、はじめて出てきたときにかならず説明します。説明には、身近なものを使います。オーブンの中でふくらむパン、通り過ぎていくサイレン、一杯の水、夜明けに終わる長いシフトなどです。むずかしいと感じるところがあっても、そのまま読み進めてかまいません。次の夜になると、わかりやすくなることがよくあります。

一つの章は二十分ほどで読めます。章は順番に、ひと晩に一章ずつ読むように書かれています。大人のための、寝る前のお話のシリーズのようなものです。はじめのほうの夜で手がかりを集め、あとのほうの夜でそれを使います。けれども、急ぐ必要はありません。静かな週末に二章読んで、忙しい週には一章も読まなくても、宇宙は待っていてくれます。宇宙は、とても長いあいだ待ってきたのですから。

この本の数字はおおまかに丸めてあり、そのほとんどに「およそ」ということばがついています。天文学者は多くのものをとても精密に測りますが、夜に語る物語には、きりのよい数字のほうが持ち運びやすいのです。まだわかっていないことについては、本の中ではっきりそう書いています。宇宙のはじまりについては、まだだれにも理解できていないことがたくさんあり、いちばん興味深い問いのいくつかは、今も答えが出ていません。

最後に、読みながら、ときどき空を見上げてみるのも楽しいかもしれません。望遠鏡も、暗い山の上も必要ありません。窓や戸口、あるいは仕事帰りの少しの散歩で十分です。そんな夜に見える光も、この本が語るのと同じ物語の一部なのです。

さて、ステーションでの最初の一日が、もうすぐ終わろうとしています。ヌールは疲れていて、無重量状態のせいで頭がなんだか変な感じです。窓の外では、星がのぼってきています。最初の夜を、彼女といっしょに過ごしましょう。

第1章　暗闇の中の問い

第1夜：寝袋で過ごす最初の夜

宇宙ステーションでのヌールの最初の一日は、ステーションに着くずっと前、とても早い時間に始まりました。地上の小さな部屋で目を覚まし、静かに朝食をとり、飛行服を着て、仲間の乗組員といっしょに、高いロケットのいちばん上にあるカプセルに乗りこみました。エンジンに火がついてから数時間後、カプセルはステーションにつながり、ハッチが開きました。すでにそこで暮らしていた人たちが、疲れてはいてもうれしそうな顔で、新しい乗組員を迎えてくれました。

その日の残りは、小さくて慎重な作業でいっぱいでした。ヌールは、非常用の装置がどこに置いてあるかを覚えました。自分の寝室までの道すじを、手すりをつかんで体を引き寄せながら練習しました。足はもう、床を必要としなくなっていたからです。服の入った袋と歯ブラシとノートを荷ほどきし、一つひとつを固定しました。空中に放っておいたものは、どこかへ漂っていってしまうからです。夕方になると、頭がいっぱいで重たく感じられました。無重量状態になって最初の数時間には、よくあることです。手の動きも少しぎこちなくなっていました。船長のトマスは、それはふつうのことだと言いました。科学者のアデは、自分の最初の晩には十分間でペンを三本なくしたと話しました。

一日の終わりに、ヌールは大きな窓のある小さな丸い部屋へ行きました。窓は何枚もの厚いガラスでできていて、そこから、すべるように流れていく地球の丸みが見えました。青い海、白い雲、そして惑星のふちに沿って光る、空気の細く明るい線。見つめているうちに、ステーションは地球の夜の側に入りました。地上は暗くなり、その上の空は星でいっぱいになりました。

惑星の暗い側では、町の明かりが、こぼれた砂糖のように陸地に散らばっているのが見えました。遠くでは、雲の中の雷が白くまたたいていました。一時間もたたないうちに、地球のふちにオレンジと青の細い線があらわれ、太陽がまたのぼりました。トマスがすっと横に浮かんできて、これからは二十四時間ごとに、およそ十六回の日の出と十六回の日の入りを見ることになると言いました。ステーションでは地上のチームと取り決めた一つの時計を使っているのだ、と彼は説明しました。そうすれば、太陽が一時間半ごとにのぼっても、乗組員は決まった予定で眠り、食べ、働くことができるのです。

そのあと、寝袋にもぐりこんでファスナーを閉めると、ヌールは弟からのメッセージを読みました。寝袋は、細長い物入れほどの広さの寝室の壁に固定されています。サミは夜に配送トラックを運転しています。メッセージを読むのは休憩のとき、午前三時ごろで、静かな道ばたにトラックを止めて読みます。彼のメッセージは短いものでした。「無事に着いてよかった。ひとつ質問させてよ。姉さんは、僕たちのだれよりも空に近いところにいるんだから。全部はどうやって始まったの？　つまり、何もかも。宇宙ぜんぶのことだよ」

ヌールは暗がりの中でほほえみました。とても小さな寝室には、ずいぶん大きな質問でした。けれども彼女は、ステーションで過ごす六か月のあいだに、十五の夜を思い描いていました。そして、ひと晩に一つずつ、ゆっくり物語を語って答えようと決めたのです。この本は、その夜をたどっていきます。よろしければ、同じように読んでみてください。ご自分の一日の仕事を終えたあと、ひと晩に一章ずつ。

いちばん古い問い

サミの質問は、人がこれまでに問いかけてきた中で、いちばん古い問いかもしれません。望遠鏡ができるずっと前、文字が生まれるよりもずっと前から、人々は夜空を見上げ、それがどこから来たのかと考えてきました。私たちが知っているほとんどすべての文化が、世界のはじまりについての物語を語ってきました。水から始まる物語もあれば、卵から、暗闇から、大きな静けさから始まる物語もあります。そうした物語は、畑や海での長い一日の仕事を終えた人々によって、火を囲みながら語られました。彼らも、私たちと同じように好奇心にあふれていたのです。

そうした物語は、たくさんの大切な役目を果たしてきました。人々に、世界の中での自分の居場所を感じさせてくれました。季節や星のことを、子どもにも覚えられるように説明してくれました。大切にすべきことを、世代から世代へと受けついでくれました。科学は、そうした意味を置きかえようとしているわけではありません。科学が問うのは、もっと範囲のせまい問いです。宇宙そのものを注意深く見つめ、見えるものを測り、自分たちの考えを何度も確かめることで、はじまりについて何を学べるのか、という問いです。

人類の歴史の大部分のあいだ、そのせまい問いは、実際には問うことができませんでした。人々は太陽や月や惑星をとても注意深く観察できましたし、多くの文化が、見たものからすぐれた暦をつくりました。けれども、宇宙全体のはじまりを調べるには、天文学者には、およそ百年前までは存在しなかった二つのものが必要でした。ひとつは、とても遠くの銀河まで見えるほど大きな望遠鏡です。もうひとつは、宇宙全体を描き出せるほど力のある重力の理論です。その理論、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論があらわれたのは1915年のことでした。大きな望遠鏡も、ほぼ同じころに登場しました。そうなってはじめて、昔からの問いが、科学の問いになることができたのです。

このせまい問いは、とても力強いものであることがわかってきました。この百年ほどのあいだに、天文学者たちは、それまでのすべての世紀を合わせたよりも多くのことを、初期の宇宙について学んできました。それは、根気強い仕事によって、少しずつなしとげられたものです。この本に出てくる発見の多くは、ただ自分の仕事をしていた人々によってなされました。写真乾板に写った星を測ったり、アンテナの雑音を直したり、夜遅くまで数字を確かめたりしていた人々です。彼らの毎日の仕事が積み重なって、一人ではだれも語ることができなかった物語になったのです。

それは、すき間のある物語でもあります。とてもよくわかっていて、さまざまな方法で確かめられている部分もあれば、まだ答えが出ておらず、科学者たちが議論を続けている部分もあります。この十五の夜のあいだ、私はどれがどちらなのかを、はっきりさせるように努めます。わかっていることは、わかっていると言います。まだわかっていないことは、そうだと言います。わからないことは、失敗ではありません。そこは、次の仕事の日が始まる場所にすぎないのです。

短い答え

長い物語の前に、短い答えをお伝えしておきましょう。カードの裏に書けるくらいの答えです。およそ138億年前、宇宙はとてつもなく熱く、とてつもなくぎっしりと詰まっていました。今は空いっぱいに広がっているものすべて、すべての星とすべての銀河が、どんな星の中心よりも熱い状態で、ひとかたまりに詰めこまれていたのです。それ以来、宇宙は膨張し、冷えつづけてきました。冷えていくにつれて、最初の粒子ができ、次に最初の原子ができ、それから最初の星や銀河ができ、ずっとあとになって、太陽と地球と私たちが生まれました。

これが中心となる考えです。この本のほかの部分は、すべてそれをくわしく埋めていくものです。138億年という数字は、あまりに大きくて実感するのがむずかしいものです。ひとつの手がかりは、人の一生とくらべてみることです。もし八十歳まで生きるとすると、宇宙の年齢は、その一生の一億七千万回分よりも長いことになります。もうひとつの方法は、最後の夜に使うつもりですが、歴史全体を一日の勤務時間に縮めて、それぞれの時刻に何が起きるかを見てみることです。

この初期の熱い状態は、よくビッグバンと呼ばれます。有名な名前で、この本でも使いますが、それはただの名前にすぎません。大きな爆発音がしたという意味ではありませんし、何もない部屋の中で何かが爆発したという意味でもありません。のちの夜に、この名前をつけた人物に出会います。そして、その人自身はこの考えを信じていなかったこともわかるでしょう。今のところは、ビッグバンとは、熱くて密度の高い初期の宇宙と、その膨張のことだと覚えておけば十分です。

膨張する宇宙は、なぜ冷えるのでしょうか。その答えは、手で感じたことがあるかもしれません。スプレー缶をしばらく使っていると、缶が冷たくなってきます。中のガスが、外に出ていくときに広がるからです。反対に、ガスは押し縮められると温まります。自転車の空気入れを強く押しつづけると、下のほうが温かくなるのはそのためです。宇宙も、とてつもなく大きな規模で、これと同じ決まりにしたがっています。何十億年もかけて空間が引き伸ばされてくるあいだに、その中のものはすべて広がって冷えていきました。地球上のどんなものもおよばない熱さから、今日の宇宙の深い冷たさまで。

この短い答えには、大切なことが一つ抜けています。何がはじまりを引き起こしたのか、その前に何かがあったのかについては、何も教えてくれないのです。そうした問いは、まだ答えの出ていない問いの一つです。初期の宇宙の科学は、最初の瞬間のあとに何が起きたかを描き出します。そして、それをとてもよく描き出します。けれども、最初の瞬間そのものについては、科学者たちは正直に、まだわからないと言っています。

どうしてわかるのでしょう

サミの次の質問は、翌日の夜に届きました。よい質問でした。「何十億年も前に起きたことが、どうしてわかるの？　だれもその場にいなかったのに」。これは、慎重な人ならだれもが問うべき質問です。私たちは過去にさかのぼることはできませんし、実験室で宇宙をもう一度やり直すこともできません。それなら天文学者は、宇宙のはじまりについて、いったいどうやって何かを知ることができるのでしょうか。

その答えは、過去が手がかりを残してきた、ということです。トラックが修理工場に入ってきたとき、整備士が読み取る手がかりによく似ています。腕のよい整備士なら、すり減ったブレーキや、塗装のひっかき傷や、タイヤのまわりについた泥を見て、運転席に乗っていなかったにもかかわらず、そのトラックがどこを走ってきたのか、多くのことを教えてくれます。天文学者も、宇宙に対して似たようなことをしています。今ここにあるものを見て、どんな歴史があればそれが生まれるのかを問うのです。

大きな手がかりは三つあり、これから何夜かかけて、一つずつお話ししていきます。一つめの手がかりは、宇宙を満たしている星の巨大な家族である銀河が、たがいに遠ざかっているということです。今遠ざかっているのなら、過去にはもっと近くにあったはずです。二つめの手がかりは、空のあらゆる方向からやってくる、かすかな光の輝きです。それは存在する中でいちばん古い光で、宇宙全体が熱く輝いていた時代の名残です。三つめの手がかりは、いちばん軽い種類の原子である水素とヘリウムのまざり具合です。それらは、熱い初期の宇宙がつくったはずの量と、ちょうど同じだけ見つかっているのです。

これらの手がかりのどれか一つだけなら、ほかの方法で説明できるかもしれません。多くの科学者を納得させたのは、三つすべてが同じ歴史を指していること、そして、どんどんよくなる装置でのちに行われた測定が、その歴史と合いつづけたことでした。科学の多くは、このようにして進みます。劇的な一つの証明ではなく、根気強い多くの確認が、すべてぴたりと合うことによって進むのです。

とくに説得力のある確認のしかたがあります。ある考えが、まだだれも見たことのないものを予言し、あとになってだれかがそれを見つける場合です。もし整備士が「このすり減り方からすると、あのパネルの裏でボルトがゆるんでいるはずだ」と言い、本当にそこにボルトがあったら、あなたはその整備士をもっと信頼するでしょう。初期の宇宙の物語では、こうしたことが一度ならず起きてきました。たとえば、いちばん古い光は1948年に予言され、1965年に偶然見つかりました。それは、のちの夜に見ていきます。

こうしたことすべてを可能にしている、四つめの助け手があります。それは光そのものです。光は、進むのに時間がかかります。とても遠くにあるものを見るとき、私たちは、光がそこを出発したときの姿を見ています。つまり望遠鏡は、ある種のタイムマシンでもあるのです。ただし、見ることしかできず、訪ねることはけっしてできません。光は、次の夜の物語のテーマです。

十五の夜の本

これからの旅の形をお話ししておきましょう。次の夜からは、使者としての光を追いかけ、宇宙がだれの想像よりもはるかに大きいことを、天文学者たちがどうやって発見したのかを学びます。銀河がたがいに遠ざかっていることを彼らがどうやって見つけたのか、そして、そのフィルムを逆回しするとはどういうことなのかを見ていきます。いちばん古い光に出会い、最初の数分間、つまりいちばん軽い原子がつくられたときに何が起きたのかを学びます。さらにその前、原子がまったくなかったころのことも学びます。

そのあと、物語はふたたび前へ進みます。長い暗闇のあとに最初の星々が輝きはじめるようすを見守り、銀河がどのように育ったのかを見ていきます。あなた自身の体の中の原子が、星の内部でどのようにつくられたのか、そして太陽と地球がどのように生まれたのかを学びます。それから、大きな未知のことがらに目を向けます。ダークエネルギーと呼ばれる不思議な押す力と、私たちに見える範囲のいちばんはしにある問いです。最後の夜には、ヌールが帰りの旅のために荷物をまとめ、私たちは物語の全体を一度にながめることになります。

どの夜も、同じシンプルな形をしています。まず、ステーションでのヌールの一日の仕事の一部をたどります。次に、その夜の物語が来ます。それから、眠る前の静かな数分間のために、ステーションに戻ります。各章の終わりには、よくある誤解についての短い節があります。多くの人が、たいていはもっともな理由で抱いているけれど、少し正確ではない考えです。それを取りのぞいていくことは、いちばんおだやかな学び方の一つです。

この本を読み進めるのに、科学の知識は必要ありません。新しいことばは、はじめて出てきたときにかならず説明します。数字が大きすぎて想像できないと感じても、それでかまいません。天文学者たちも、本当のところは、こうした数字を想像できるわけではないのです。彼らはその数字を注意深く使い、できるときには丸め、そして驚きの気持ちを持ちつづけています。

サミへのメッセージ

弟へのヌールの最初の答えは、短いものでした。とても疲れていたからです。彼女はこう書きました。「短く言うとね、およそ138億年前、何もかもが熱くてぎゅうぎゅうに詰まっていて、それからずっと広がりながら冷えてきたの。長いほうの話には十五夜かかるよ。安全運転でね」

メッセージを閉じる前に、寝に行くアデが彼女の寝室の前を漂って通りかかり、ヌールが手にしているノートに気づきました。サミの質問のことを話すと、アデは静かに笑って、それはいちばんいい種類の質問だね、だれもひと晩では答えられないから、と言いました。「十五夜でも足りないかもしれない。でも、いい出だしだよ」と彼は言いました。

それから、ヌールは寝室の小さな明かりを消しました。無重量状態では、はじめのうち眠りが奇妙なものになります。押し上げてくる枕もなく、下にマットレスもありません。腕は体の前にふわりと浮かんでしまうので、寝袋の中にしまいこみました。外では、ステーションがおよそ九十分で地球を一周しながら進んでいき、昼の側へ入っては、また出ていきました。はるか下のどこかで、午前三時ごろ、サミがトラックを止め、携帯電話を開いて、姉のことばを読むのでしょう。

今これを、ご自分の長い一日の終わりに読んでいらっしゃるかもしれません。もしできるなら、寝る前に一分だけ外に出るか、窓の外をながめて、星を一つ見つけてみてください。名前を知らなくてもかまいません。ただ、その光がとても長い道のりを旅してあなたのもとに届いたこと、そして、あなたもその星と同じ宇宙の一部であり、同じ長い歴史を背負っているということに、気づいてみてください。物語はそこから始まります。

よくある誤解

宇宙飛行士が浮かんでいるのは、宇宙には重力がないからだと思っている人はたくさんいます。写真を見るとまさにそう見えるので、まちがえやすいのも無理はありません。けれども、ステーションのある高さ、地上からおよそ400キロメートルのところでも、地球の重力は、地表のおよそ十分の九の強さがあります。もしそれほど高い塔を建ててそのてっぺんに立てたとしたら、ふだんの体重の十分の九近くを、やはり感じることでしょう。

浮かんでいる本当の理由は、ステーションとその中にいる人がみな、落ちつづけているからです。いつも、地球に向かって落ちているのです。けれどもステーションは同時に、時速およそ2万8000キロメートルという速さで横向きに進んでもいます。落ちていくあいだに、丸い地球の表面がその下で遠ざかっていくので、ステーションが地球に近づくことはありません。惑星に向かって落ちるのではなく、惑星のまわりを落ちつづけるのです。ヌールも、仲間の乗組員も、ペンや歯ブラシの一本一本も、みな同じ速さでいっしょに落ちていくので、何かが何かを押しつけることがありません。これが、無重量状態と呼ばれる感覚です。

また、ビッグバンは何もない空間の一点で起きた爆発だった、と思っている人もたくさんいます。暗い空に打ち上げられた花火のように、何もかもが中心から外へ飛び出していったというイメージです。これはおそらく、宇宙のはじまりについていちばんよくある誤解でしょう。私たちにわかるかぎりでは、外側に満たされるのを待っている何もない空間などなく、中心もありませんでした。初期の熱くて密度の高い状態は、あらゆる場所に同時にあったのです。そしてそれ以来、引き伸ばされつづけてきたのは、空間そのものなのです。これはやさしい考えではないので、これからの夜に、ゆっくり何度か立ちもどることにしましょう。

最後に、科学者は宇宙のはじまりについて何もかも知っていると主張している、と思っている人もいれば、科学者はほとんど何も知らず、推測しているだけだと思っている人もいます。どちらも正しくありません。膨張やいちばん古い光のように、物語の一部は細心の注意をはらって測られ、さまざまな方法で確かめられています。いっぽうで、最初の瞬間や、ダークマターとダークエネルギーが本当は何なのかといった部分は、正直なところ、わかっていません。この本を読むときには、その両方を心にとめておくのがよいでしょう。証拠がしっかりしているところでは自信を持ち、そうでないところでは心を開いておくことです。この本の次の夜は、こうした証拠をすべて私たちに届けてくれる使者から始めましょう。それは光です。