第13章　ダークエネルギーの謎

第150夜：やさしいひと押し

任務百五十日目、ステーションは地球の上で、自分の高さを少しだけ上げることになっていました。これはリブーストと呼ばれ、ときどき行われます。およそ400キロメートルの高さには、空気はほとんどありませんが、まったくないわけではありません。大気のとてもうすい名残が、まだそれほど高いところまで届いているのです。ステーションは一秒ごとに、そのまばらに散らばった空気の粒子にとてもたくさんぶつかっていて、それらが合わさって、ステーションをほんのわずかに減速させています。何週間も何か月もたつうちに、ステーションはゆっくりと低くなっていきます。そこで、ときどきエンジンを噴射して、ステーションを押し上げてやるのです。

ヌールは、それを静かな驚きのある事実だと感じていました。雲や天気よりはるか上のここでさえ、ステーションは地球の空気から完全に自由になってはいないのです。こうした小さなひと押しがなければ、ステーションは年月とともにどんどん低くなり、まわりの空気は濃くなっていって、最後には下の濃い大気の中へ落ちていってしまうでしょう。ですから、リブーストは、車のタイヤを点検したり、扉に油をさしたりするような、決まった保守作業の一種なのです。地上のだれの目にもとまりませんが、それがすべてを動かしつづけているのです。

リブーストは地上のチームが計画し、エンジンは地上とステーションのコンピューターによって制御されていました。乗組員の仕事は、準備をすることでした。ヌールとトマスは区画をめぐって、ちょっとした速さの変化で押されてしまうような場所に、固定されていないものが浮かんでいないかを確かめました。道具は片づけられました。カメラは固定されました。ごく小さな動きを測る実験は、一時止められました。ヌールは、何日も前から片づけようと思っていた服の袋のベルトを、きつくしめなおしました。

エンジンが噴射したとき、ごう音はありませんでした。やわらかで途切れないひと押しがあるだけでした。ヌールは窓の近くの手すりにつかまっていて、まわりのステーションが前へ進むにつれて、その手すりを通して、やさしく引かれるのを感じました。だれかが置き忘れたペンが、区画の後ろのほうへゆっくり漂っていきました。トマスは、たいていのものをつかまえるときと同じように、見もせずにそれをつかまえました。数分後、エンジンは止まり、すべてのものが前と同じように浮かびました。ステーションは今、少しだけ高くなり、より長く空にとどまれるようになりました。

数分後、地上からの落ち着いた声が、リブーストが計画どおりにいったことを確かめました。トマスが記録簿に時刻を書きこみ、ヌールとアデは区画をめぐって、午前中の準備を一つずつもとに戻していきました。止めていた実験がふたたび始まりました。カメラの固定が外されました。昼食のころには、ステーションは前とまったく同じに見えました。ただ、雲の上で少しだけ高くなっていたのです。

その夜、ヌールはサミにリブーストのことを話しました。彼は毎晩車を相手に働いているので、すぐにわかってくれました。「つまり、トラックが坂をのぼるのと同じだね」と彼は書いてきました。「ペダルを踏むのをやめたら、遅くなる」。それから彼は、別のことをたずねました。「宇宙も遅くなるの？　ビッグバンのあとに何もかもが飛び散ったのなら、今ごろはもう遅くなっているはずじゃない？」

ヌールは画面に向かってほほえみました。二十世紀のほとんどのあいだ、天文学者たちはまさに同じ問いを抱き、同じ答えを予想していたのです。今夜の物語は、そのかわりに彼らが見つけたものについての物語です。それは天文学の歴史の中でももっとも大きな驚きの一つで、今も謎のままです。

減速を予想して

ボールをまっすぐ空中へ投げ上げるところを思い浮かべてください。のぼっていくあいだ、地球の重力がボールを引っぱるので、ボールは遅くなっていきます。そっと投げれば、ボールは遅くなり、止まり、手の中へ落ちてきます。とてつもなく強く投げることができたら、ボールは地球からすっかり逃げ出すかもしれませんが、それでもずっと遅くなりつづけるでしょう。重力は、けっして引っぱるのをやめないからです。

長年、天文学者たちは、膨張する宇宙についても似たように考えていました。熱いはじまりのあと、銀河はたがいに遠ざかってきました。空間が引き伸ばされてきたからです。けれども、宇宙にあるすべての物質は、重力によって、ほかのすべての物質を引っぱっています。ですから、その引く力が少しずつ膨張にブレーキをかけていくと考えるのは自然なことに思えました。問題は、そのブレーキがどれくらい強いのかということだけのように思えたのです。膨張はしだいに遅くなって、いつか止まり、向きを変えてしまうのでしょうか。それとも、完全には止まらないまま、永遠に遅くなりつづけるのでしょうか。

アルベルト・アインシュタインが1915年に完成させた重力の理論は、物質に満ちた宇宙に、いくつかのちがう未来を許していました。1922年、アレクサンドル・フリードマンは、そうした可能性のいくつかを紙の上で導き出しました。ある種類の宇宙では、膨張は遅くなってから逆向きになり、何もかもがふたたび寄り集まってしまいます。別の種類の宇宙では、膨張は遅くなりますが、けっして止まりません。私たちがどちらの種類の宇宙に住んでいるのかは、宇宙にどれだけの物質があるのかによって決まります。何十年ものあいだ、その量と膨張の減速を測ることが、天文学の中心となる仕事の一つでした。

それに答えるために、天文学者たちは、今の膨張とずっと昔の膨張をくらべる必要がありました。遠くを見ることは過去を見ることだ、ということを思い出してください。とても遠くの銀河が、その光が出発したときにどれくらいの速さで遠ざかっていたのかを測り、それを近くの銀河とくらべることができれば、膨張が変わってきたのかどうかがわかります。古い記録に残っている車の速さを確かめて、今日の速さとくらべるのに、少し似ています。

むずかしいのは、とてつもなく遠くにある銀河までの距離を測ることでした。ヘンリエッタ・リービットが調べた脈打つ星は明るいのですが、いちばん遠いところで見えるほど明るくはありません。天文学者たちには、本当の明るさがわかっている、はるかに明るい種類の明かりが必要でした。彼らは、それを特別な種類の爆発する星に見つけました。

物差しの明かりとしての爆発する星

爆発する星の中には、白色矮星から始まるものがあります。白色矮星とは、以前の夜に出会った、太陽のような星の、小さくて密度の高い名残です。白色矮星に近くの相手の星があると、その相手から少しずつ物質を集めることがあります。重くなりすぎると、それはとても明るく、かなり規則正しい形で爆発します。この種類の爆発は、毎回ほとんど同じ最大の明るさに達し、天文学者たちは、そのあいだの小さなちがいを補正する方法を身につけました。そのおかげで、こうした爆発は、何十億光年ものかなたからでも見える、物差しの明かりとして役立つようになったのです。

仕事そのものはとてもたいへんですが、その方法を説明するのはかんたんです。ある明かりが本当はどれくらい明るいのかを知っていれば、それがどれくらい暗く見えるかによって、どれだけ遠くにあるのかがわかります。長い道のはしにある街灯が暗く見えるのは、それが弱いからではなく、遠くにあるからです。同じように、この種類の爆発する星が暗く見えるなら、それはとても遠くにあるにちがいないのです。

1990年代に、天文学者の二つの別々のチームが、こうした爆発を使って膨張の減速を測ろうと乗り出しました。この仕事には忍耐が必要でした。こうした爆発は、一つの銀河の中ではめったに起こらないので、チームはたくさんの銀河を見張り、爆発が明るいうちにそれをとらえて、それから大きな望遠鏡で注意深く測らなければなりませんでした。多くの人々が長い夜を働きとおし、メモをくらべあい、一つひとつの段階について議論しました。

1998年、二つのチームはどちらも同じ結果を報告しました。遠くの爆発は、予想よりも暗かったのです。それは、もし膨張が遅くなってきていたのなら、あるはずの場所よりも遠くにあるということを意味していました。いちばんよい説明は、ほとんどだれもが予想していたことの反対でした。宇宙の膨張は、遅くなっていなかったのです。ここ数十億年のあいだ、膨張は速くなってきていたのです。

この結果にそれほど説得力があったのは、それが二つの別々のチームから出てきたからでした。二つのチームはそれぞれ独立して仕事をし、自分たちの望遠鏡と、自分たちの確かめ方を使っていて、友好的な形で、先を争ってもいました。もし一方のチームだけが加速を見つけていたら、ほかの科学者たちは、その仕事にまちがいがあるのではないかと疑ったかもしれません。両方のチームが同じ驚くべき答えを見つけたとき、その結果は、ずっと退けにくいものになりました。科学では、多くの職場と同じように、注意深い二つのグループが別々にたどり着いた結果は、一つのグループだけが見た結果よりも重みがあるのです。

はじめのうち、多くの科学者は確信が持てませんでした。ちりが光を暗くしていたのではないか。昔の爆発は、少しちがっていたのではないか。こうした問いは、その後の何年かのあいだに、何度もくり返し確かめられました。いちばん古い光や、銀河が空間の中にどう広がっているかについてのくわしい地図をふくむ、ほかの種類の測定も、それ以来、同じ方向を指してきました。膨張の加速は、今では、広く受け入れられた描き方の一部になっています。

この仕事から見えてきた全体の描き方には、二つの部分があります。熱いはじまりのあとの最初の数十億年のあいだは、天文学者たちが予想していたとおり、膨張は本当に遅くなっていました。物質がもっと近くに詰まっていて、その重力が強かったからです。けれども、空間が引き伸ばされて物質がうすくなるにつれて、そのブレーキは弱くなっていきました。数十億年前、この先すぐに名前をつける、正体のわからない押す力が、物質のブレーキよりも強くなり、膨張は速くなりはじめたのです。ですから、二十世紀の天文学者たちは、重力についてまちがっていたわけではありません。物語の、思いがけない二つめの部分を見落としていただけなのです。

謎に名前をつける

膨張が速くなっているのなら、何かがそれを引き起こしているはずです。科学者たちは、その何かが何なのかを知りません。それでも、名前はつけました。ダークエネルギーです。「ダーク」と呼ばれるのは、光らず、直接見ることができないからで、「エネルギー」と呼ばれるのは、それが宇宙全体にはたらいているように見えるからです。けれども、その名前は、空っぽの箱に貼られたラベルです。何かがそこにあることは教えてくれますが、それが何なのかは教えてくれません。

今の測定によると、宇宙の中身の全体は、だいたい次のように分けることができます。ふつうの物質、つまり星や惑星やガスや人をつくっている種類のものは、およそ5パーセントにすぎません。以前の夜に出会ったダークマターは、およそ27パーセントです。ダークエネルギーは、およそ68パーセントです。言いかえれば、私たちがこれまでに望遠鏡で見てきたものすべては、宇宙にふくまれているもののほんの一部にすぎないのです。残りは、その影響によってしか知られていません。

家計にたとえると、わかりやすいかもしれません。一か月の支出を調べてみたら、名前を挙げられるもの、つまり家賃や食費や交通費に使われているのは、百のうち五だけだったと想像してみてください。およそ二十七は、その影響は感じられるのに、どの領収書にも見当たらない何かに使われています。そしておよそ六十八は、それよりさらに奇妙な何かに使われていて、それは毎月、家計全体を大きくしているように見えるのです。その二つの隠れた項目を、きっと何としても理解したくなるでしょう。それが、今日の天文学者たちの置かれた立場なのです。

一つの可能性は、ダークエネルギーが、何もない空間そのものの性質だというものです。もしまったく何もない空間にも少しのエネルギーがあるとしたら、空間が引き伸ばされるにつれて、何もない空間が増え、このエネルギーも増えていきます。このエネルギーが、膨張を後押しするのでしょう。興味深いことに、この考えは、アルベルト・アインシュタインが1917年に、静止した宇宙を描き出したいと考えて方程式に書き加えた項を、ふたたび呼び戻すものです。彼はのちに、膨張が発見されると、その項を取り下げました。今日、同じ項が新しい役割をおびて戻ってきています。宇宙を静止させておくためではなく、その加速を描き出すためにです。

けれども、可能性はこれだけではありません。ダークエネルギーは時とともに変わるかもしれない、と考える科学者もいます。いちばん大きな距離を見るときには、私たちの重力の理論を変える必要があるのではないか、と考える人もいます。今のところ、意見の一致した答えはありません。空を調べる新しい大規模な観測が、ばく大な数の銀河の位置と距離を測っていて、膨張が時とともにどのように変わってきたのかを、もっと正確に見ようとしています。こうした測定は、いつか、どの考えが正しい方向に向かっているのかを示してくれるかもしれません。

一致しない二つの測定

膨張にかかわる、もう一つの未解決の問いがあり、天文学者たちは今日それに取り組んでいます。それは、宇宙が今この瞬間にどれくらいの速さで膨張しているのか、という問いです。これを測るには、いくつかの方法があります。一つの方法は、これまでお話ししてきた仕事のように、脈打つ星や爆発する星を使って、近くの銀河の距離と速さを測るものです。もう一つの方法は、いちばん古い光のくわしい地図から出発し、宇宙についてのもっともすぐれた理論を使って、今日の膨張がどれくらいの速さであるはずかを計算するものです。

どちらの方法も注意深いもので、どちらも何度も確かめられてきました。それなのに、二つはわずかにちがう答えを出すのです。そのちがいはとても大きいわけではありませんが、測定に見こまれる誤差よりは大きいのです。注意深い二人の働き手が、同じ部屋を二つのちがう道具で測って、わずかだけれど、どうしても消えない差のある結果を得たようなものです。それぞれの働き手が自分の道具を確かめても、どちらの道具にも問題はなさそうなのです。

なぜ答えがちがうのかは、まだだれにもわかっていません。もしかすると、どちらかの方法に、だれも見つけていない小さなまちがいが隠れているのかもしれません。あるいは、宇宙についての私たちの理論に、何かが欠けているのかもしれません。たとえば、ダークエネルギーについて、あるいは初期の宇宙についての何かです。科学者たちは、新しい望遠鏡と新しい方法で、両方の可能性を確かめています。これは、科学がどのように進むのかを示す誠実な例です。二つのよい測定が一致しないとき、科学者たちは自分の好きなほうを選んだりはしません。理解できるまで、測りつづけるのです。

新しい望遠鏡が、この問いに力を貸しています。赤外線を見るジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、ちりを見通して、銀河の中の一つひとつの脈打つ星を、それまでの望遠鏡よりもはっきりと見分けることができます。天文学者たちは、それやほかの望遠鏡を使って、近くの距離の測定を一段ずつ確かめています。そのいっぽうで、ほかのチームは、いちばん古い光にもとづく計算を改良しています。新しい結果が出るたびに、注意深く見守られます。どちらに転ぶにせよ、はっきりとした答えが出れば、大切なことを教えてくれるはずだからです。

働いている人にとって、これにはどこか身に覚えのあるところがあります。私たちの多くは、仕事の中で、なかなか消えない問題を抱えたことがあるでしょう。どうしても合わない数字や、はっきりした理由もなくときどき止まってしまう機械などです。その解決は、たいてい根気強く確かめていくことで、ゆっくりやってきます。宇宙もまた、根気強い確認を一つずつ重ねながら、理解されつつあるのです。

眠る前に

夜遅く、ヌールは窓のところへ漂っていきました。その日ステーションは少しだけ高くなっていましたが、中から見ると、何も変わったようには見えませんでした。下では地球が回り、上では大気のふちの向こうに星が輝いていました。それらの星の向こうのどこかで、銀河は、だれも見たことのない何かに押されて、年ごとに少しずつ速く遠ざかっているのです。

彼女はサミにメッセージを書きました。「いい質問だったよ。天文学者たちは、宇宙は遅くなっているはずだと思っていたの。ペダルを踏まずに坂をのぼるトラックみたいにね。でも測ってみたら、反対だった。膨張は速くなっているんだよ。その原因をダークエネルギーと呼んでいるけれど、それが何なのかはだれにもわからない。だから今夜、サミの質問は、科学の中でもいちばん大きな問いの一つなんだよ」

眠る前に、彼女は、その場にとどまるために押してもらわなければならないステーションで、だれにも理解できない何かによって外へ押し広げられているらしい宇宙の中で働いているというのは、なんと不思議なことだろうと考えました。ステーションがゆっくり沈んでいくことも、宇宙が加速していることも、どちらも同じようにして気づかれたのです。数字を注意深く見て、何かのつじつまが合わないと気づいた人々によってです。

午前三時、サミはトラックの運転席でそれを読みました。「つまり、宇宙はペダルに足をのせているんだね」と彼は返事を書きました。「で、だれの足なのかはだれにもわからない」。ヌールは目を覚ましたときに彼の答えを読み、それはまったく悪くない言い表し方だと思いました。

宇宙を一生の仕事として研究している人たちでさえ、すべての答えを持っているわけではないと知ることは、なぐさめになるかもしれません。もし今夜、あなた自身の暮らしの中に、まだはっきりしないことがあるのなら、あなたはとてもよい仲間に囲まれています。すぐに答えの出る問いもあります。忍耐と、注意深い仕事と、時間を必要とする問いもあるのです。

よくある誤解

ダークエネルギーとダークマターは、どちらも名前に「ダーク」がついているので、同じものだと思っている人はたくさんいます。実際には、二つはまったくちがうものです。ダークマターは、ものを引きよせます。その重力が、銀河や銀河団をまとめていて、それらができるのを助けました。ダークエネルギーは、その反対のことをしているように見えます。宇宙の膨張を押して、速くさせているのです。どちらも直接見ることができないので「ダーク」と呼ばれていて、どちらもまだ理解されていません。けれども、それらは二つの別々の謎なのです。

また、ダークエネルギーは、電池や日の光の中のエネルギーのように、集めて使うことのできる種類のエネルギーだ、と思っている人もたくさんいます。その名前のせいで、そう聞こえてしまうのです。けれども、ダークエネルギーは、それが何であれ、空間の中にとてつもなくうすく広がっています。一つの部屋の中にも、地球全体の中にさえ、それはほとんど何もないくらいしかないでしょう。その影響が大切になってくるのは、銀河の集まりのあいだの、とてつもなく大きな距離においてだけです。それは機械を動かす力の源ではなく、理屈の上でさえ、それをどう使えるのかはだれにもわかっていません。

最後に、科学者は宇宙がどのように終わるのかをもう知っている、と思っている人もいます。たとえば、宇宙はばらばらに引き裂かれる、こおりつく、あるいはふたたび寄り集まってしまう、といったことです。そうした考えが、事実として紹介されているのを読んだことがあるかもしれません。本当のところは、遠い未来はダークエネルギーの正体しだいで、その正体はまだわかっていないのです。もしそれが今のように見えるままでいるなら、膨張は加速しつづけ、遠くの銀河はゆっくりと見えなくなっていくでしょう。けれども、もしダークエネルギーが変わるなら、未来はちがったものになるかもしれません。次の夜には、静かな当直のあいだに、私たちの知っていることのいちばんはしまで行き、その向こうに何があるのかを問いかけます。