第5章　フィルムを逆回しする

第44夜：点検リストの一日

ヌールの四十四日目は、ほとんどまるごと点検リストとともに過ぎました。一週間後、彼女とトマスは船外活動でステーションの外に出て、ステーションの骨組みの外側にある、すり減った部品を交換することになっていました。船外活動はふつう六、七時間続き、そのほとんど一分一分が前もって計画されています。今日は準備の日でした。二着の宇宙服を点検し、バッテリーを充電し、無線を試し、必要な道具をすべて並べておくのです。

宇宙服は、実のところ、人の形をした小さな宇宙船です。空気を安全な圧力に保ち、着ている人が吐き出す二酸化炭素を取りのぞき、下に着る衣服の細い管に水を流して体を冷やし、強烈な日の光と、影の中の深い寒さから身を守ってくれます。ヌールとトマスは、一つひとつの部分をゆっくりと確かめていきました。手袋は、ごく小さな切れ目もないかどうか調べられました。ヘルメットのライトも試されました。道具の一つひとつには、テザーと呼ばれる短いひもがつけられました。何ひとつ宇宙へ漂っていかないようにするためです。

体についての決まりもありました。外に出る前に、乗組員は長い時間をかけて純粋な酸素を吸い、血液の中の窒素の一部を取りのぞきます。宇宙服は、ステーションよりも低い圧力で使われるからです。この手順をとばすと、体の中に泡ができてしまうおそれがあります。炭酸水のびんを開けたときにあらわれる泡に、少し似ています。地上のチームは、この手順の一つひとつを点検リストに書きこんでいました。トマスが一行ずつ声に出して読み、ヌールがそれを行って「完了」と言い、トマスが次の行へ進みました。

午後には、ステーションの中で練習をするために、二人は宇宙服を着ました。宇宙服を着るには長い時間がかかり、もう一人の手助けが必要なので、アデが一人ずつ順番に手伝い、ホースをつなぎ、ヘルメットのリングを固定しました。宇宙服の中に入ると、世界は静かになり、聞こえるのはファンのうなりと無線の声だけになりました。ヌールは、手袋をはめたかたい指を道具の取っ手のまわりで動かす練習をし、トマスは、ハッチを開け、テザーを確かめ、手すりに沿って外へ出ていく順番を練習しました。地上からの声が一つひとつの手順についてきて、質問をしては、答えを一つずつ確かめていきました。ようやく宇宙服をぬいだときには、二人とも汗をかき、おなかをすかせていました。

夕方には、二着の宇宙服の準備が整い、エアロックと呼ばれる小さな部屋に、背の高い二つの白い人影のようにつるされていました。ヌールは、心地よい疲れを感じていました。まちがいの許されない、注意深い仕事を一日続けたあとに感じるような疲れです。眠る前に、彼女は次の日の予定を読み、それから船外活動の計画を、もう一度、終わりから始まりへと読み通しました。この習慣は、トマスから教わったものです。ある手順を前から覚えたら、今度は後ろからたどってみる。そうすると、一つひとつの手順が、その前の手順にどう支えられているのかがわかるのです。

点検リストを後ろから読んでいるうちに、彼女はその夜の物語のことを考えました。以前の夜に、彼女はサミに、銀河がたがいに遠ざかっていることを話していました。今夜は、天文学者たちが次にしたことをするつもりでした。フィルムを逆回しして、それがどこへ行きつくのかを見るのです。

巻き戻すと何が起きるか

何十億年にもわたって記録された宇宙のフィルムがあって、それを逆向きに再生するところを想像してみてください。順向きのフィルムでは、空間が引き伸ばされるにつれて、銀河はたがいに離れていきます。逆向きのフィルムでは、銀河は寄り集まってきます。さかのぼればさかのぼるほど、銀河は近づいていきます。今は何億光年も離れている銀河の集まりも、遠い過去には、となりの集まりとずっと近くにあったはずです。

さらに巻き戻していくと、別のことが起こります。銀河そのものは、星とガスとちりでできています。フィルムが逆向きに進むにつれて、こうした物質はすべて、どんどんせまい空間に押しこめられていきます。そして、物質は押し縮められると熱くなります。強く押しているうちに温かくなる自転車の空気入れや、急いで空気を入れるとタイヤの中の空気が温かくなることから、ご存じでしょう。逆回しの宇宙のフィルムでは、その押し縮め方は、空気入れにできることをはるかに超えています。宇宙はどんどん熱くなっていきます。

巻き戻していくと、あるところで、星や銀河がそもそも存在できないほど熱くなります。さらに前になると、原子でさえ存在できないほど熱くなります。何もかもが、小さな粒子と光がまざりあって輝くものになり、太陽の中心よりもはるかに熱くなります。フィルムをおよそ138億年前まで巻き戻すと、宇宙はとても熱く、とても密度が高くなり、私たちが今持っている物理の法則では、もう自信を持って描き出すことができなくなります。そこが、私たちの知っているフィルムの始まるところです。

これが、熱いはじまりという考えの、基本となる筋道です。それは、はじまりがどんなふうだったかを当て推量することにもとづいているのではありません。今日見えているもの、つまり膨張を出発点にして、わかっている物理の法則を使い、それを注意深く逆にたどっていくことにもとづいているのです。一つひとつの段階は確かめることができます。その筋道は、今日実際に見つけられるものを予言しているでしょうか。次の夜からは、たしかに予言していることを見ていきます。けれども、ハッブルの発見のあとの数年間は、それはまだはっきりしていませんでした。そして多くの科学者が、はじまりという考えをとても居心地の悪いものだと感じていたのです。

巻き戻しを、どこまで信頼できるかにも限りがあります。科学者が地球上の実験室や大きな機械でつくり出したり測ったりできる温度や密度については、物理の法則はよく確かめられているので、そうした条件の中をフィルムをさかのぼってたどるのは、かなり安全です。それを超えると、筋道は確かではなくなっていき、いちばん最初のところでは、まったく役に立たなくなります。ですから、はじまりの物語は、私たちが確かめられる条件に合う部分についてはいちばん大きな自信をもって語られ、最初の瞬間に近づくにつれて、ますます慎重に語られるのです。のちの夜に、こうした段階の一つひとつに順番に出会っていきます。

原始の原子

巻き戻しを最初に真剣に考えたのは、ジョルジュ・ルメートルでした。物理の先生でもあった司祭で、1927年にすでに、宇宙は膨張していると唱えていた人です。1931年、彼はさらに先へ進みました。宇宙が膨張しているのなら、遠い過去にはとても小さく、密度が高かったはずだ、と彼は書きました。そして、宇宙はただ一つの、とてつもなく密度の高い状態から始まったと提案し、それを「原始の原子」と呼びました。彼は、この最初の状態が、とても大きな原子がより小さなかけらに分かれるようにばらばらになり、そのかけらから宇宙が育っていったのだと考えました。

ルメートルの描いた細かな部分は、今日受け入れられているものとはかならずしも同じではありませんでした。彼には、のちにわかってくる粒子や原子についての知識がありませんでしたし、最初の状態についての彼の描き方は、今日の描き方とはちがっていました。けれども、彼の中心となる考えは正しいものでした。宇宙には歴史があり、その歴史のはじまりには、今日とはまったくちがう、とても密度の高い状態にあった、という考えです。膨張がはじまりを指し示していることをはっきり言ったのは、彼が最初でした。

ルメートルがどんな人だったのかに、目をとめておく価値があります。彼は、科学者や先生としても働いていた司祭でした。当時、はじまりという彼の考えは、彼の信仰から来たのではないかと考える人もいました。ルメートル自身は、その二つを注意深く分けていました。彼は、宇宙のはじまりを、証拠によって判断されるべき物理の問いだと考えていて、それを何かの信仰を証明したり否定したりするために使うことはありませんでした。これは、今日こうした問いについて考えるだれにとっても、よい手本です。科学は、宇宙がどのように変わってきたのかを描き出すことができます。意味や信仰についての問いは、それとは別の種類の問いであり、一人ひとりがそれぞれのやり方で向きあうものです。

はじめのうち、多くの科学者は、はじまりという考えを好みませんでした。はじまりがなく、いつも存在してきた宇宙のほうが、彼らにはもっと単純で自然なものに思えたのです。また、ハッブルの初期の測定から計算された宇宙の年齢は短すぎる、地質学者が測った地球の年齢よりも短い、と反論する人々もいました。その問題は、ハッブルの距離が小さすぎたことから来ていて、それが正されると消えてなくなりました。けれども、何年かのあいだは、そのせいで、はじまりという考えが疑わしいものに見えていたのです。

はじまりのない宇宙

1948年、ある科学者たちのグループが、対抗する考えを示しました。彼らは、銀河がたがいに遠ざかっていることは受け入れました。けれども、宇宙にははじまりがなく、終わりもないだろうと唱えたのです。銀河が広がっていくにつれて、そのあいだの何もない空間に、新しい物質がとてもゆっくりとあらわれる、と彼らは言いました。あまりにもゆっくりなので、だれもそれを直接とらえることはできず、とてつもなく長い時間のあいだに、あちらこちらで原子が一つずつあらわれる程度かもしれません。この新しい物質から新しい銀河ができて、すき間を埋めていくのです。この描き方では、宇宙は平均すると、どの時代にもいつも同じに見えます。それは定常宇宙論と呼ばれました。

定常宇宙という考えは、愚かなものではありませんでした。よく考えられていて、注意深く組み立てられ、はっきりとした予言をしていました。それこそが、よい科学の考えのすべきことです。それを支持する人々は、謎めいた最初の瞬間を必要としないところを気に入っていました。もっともよく知られた支持者の一人が、フレッド・ホイルでした。天文学者で、人気のある書き手でもあり、ラジオでは生き生きとした話し手でもありました。のちの夜に、彼にもう一度出会います。星の中で元素がどのようにつくられるのかを理解するうえでも、大きな貢献をした人だからです。

対抗する考えに有名な名前をつけたのは、ホイルでした。1949年のラジオ番組での話の中で、彼は熱いはじまりという考えを「ビッグバン」と表現したのです。多くの人が、彼は自分が賛成しない考えをからかうつもりでこの名前をつけたのだ、と言ってきました。ホイル自身は、のちに、聞いている人たちに生き生きとしたイメージを伝えたかっただけだと語っています。どんなつもりだったにせよ、名前は定着し、今ではどこでも使われています。科学者たちでさえ、彼がまちがいだとわかってほしいと願っていた考えを、その名前で呼んでいるのです。

こうして1950年代のはじめには、宇宙について真剣に考えられた描き方が二つありました。一つは、宇宙は熱くて密度の高い状態から始まり、それ以来ずっと変わりつづけてきたというものです。もう一つは、宇宙にははじまりがなく、いつも同じに見えるというものです。どちらも、ハッブルの見つけた膨張と合っていました。どちらかを選ぶためには、科学者たちはもう一つのものを必要としていました。一方の描き方は予言し、もう一方は予言しない手がかりです。

ふり返ってみると、この物語に出てくる人々を勝者と敗者に分けるのはかんたんです。けれども、科学は本当はそのようには進みません。定常宇宙論があったおかげで、熱いはじまりを支持する人々は、自分たちの考えをみがき、もっと熱心に証拠を探さなければなりませんでした。定常宇宙論の支持者たちが投げかけた問いは、役に立つ仕事につながりました。元素についてのホイル自身のすぐれた仕事もその一つです。注意深く論じられた対抗する考えは、敵ではありません。ほかのだれもが避けたがるむずかしい問いを投げかけてくれる、同僚のようなものです。どんなチームにもいる、「でも、確かめた？」といつもたずねる同僚によく似ています。

証拠で決着をつける

二つの描き方は、過去についてちがう予言をしていました。定常宇宙の描き方では、宇宙はいつも同じに見えてきたので、ずっと昔の姿で見えているとても遠くの銀河も、近くの銀河とよく似て見えるはずです。熱いはじまりの描き方では、宇宙は時間とともに変わってきたので、遠くの、初期の宇宙は、今日の宇宙とはちがって見えるはずです。

一つのテストは、1940年代のあとに急速に発展した電波天文学から来ました。電波望遠鏡は、強い電波を出している銀河をとらえることができます。1950年代から1960年代のはじめにかけて、電波天文学者たちがそうした電波源を数えると、近くよりも遠く、つまりずっと昔のほうに、たくさんあるように見えることがわかりました。過去の宇宙は、今日の宇宙と同じには見えなかったのです。これは、定常宇宙の描き方にとって問題でした。もっとも、その支持者たちは、数え方をどう読むべきかについて反論しましたが。

1963年には、別の発見がその問題をさらに大きくしました。天文学者たちが、とてつもなく明るく、とてつもなく遠くにある、新しい種類の天体を見つけたのです。それはやがてクエーサーと呼ばれるようになりました。今日では、クエーサーは遠くの銀河の輝く中心部で、そこではばく大な量のガスが巨大なブラックホールに向かって落ちこんでいることがわかっています。論争にとって大切だったのは、それがどこで見つかったかでした。クエーサーはとても遠く、つまりずっと昔のところに見えますが、私たちの近くにはその種類のクエーサーはありません。昔の宇宙にはそれがあり、今日の宇宙にはないのです。ここでもまた、過去は現在とはちがって見えました。

熱いはじまりの描き方は、もっとずっと際立った予言もしていました。もし若い宇宙がとても熱かったのなら、炉の内側のように、輝く光で満たされていたはずです。宇宙が膨張して冷えても、その光は消えてしまわないでしょう。引き伸ばされて弱くなっても、今日もまだ、空間全体を満たし、あらゆる方向からやってきているはずです。1948年、何人かの物理学者が、この残された光を予言しました。もしだれかがそれを見つけたら、定常宇宙の描き方でそれを説明するのはとてもむずかしいはずでした。

予言のあと十五年以上ものあいだ、だれも本気でそれを探しに行こうとはしませんでした。当時の装置は感度がまだ十分ではありませんでしたし、多くの科学者がその予言をあまり真剣に受けとめていなかったのです。そして1965年、それは、アンテナの実際的な問題を解決しようとしていた二人の技術者によって、ほとんど偶然に見つかりました。その発見、宇宙でいちばん古い光が、この本の次の夜の物語です。

この論争にどのようにして決着がついたかに注目してください。だれがいちばん巧みなことばを持っていたかや、だれにいちばん有名な支持者がいたかで決まったのではありません。二つの考えがちがう予言をしていて、人々が出かけていって測ったから決着がついたのです。これはおそらく、はじまりの物語全体の中で、もっとも大切な教えです。科学は、意見を競いあうものではありません。宇宙そのものに決めてもらうための方法なのです。

眠る前に

明かりを消す前に、ヌールはサミにメッセージを書きました。「今夜の話。今、銀河がたがいに遠ざかっているなら、過去にはもっと近くにあって、もっとさかのぼると、何もかもがぎゅっと押しこめられて、とても熱かったの。物理を教えていた司祭が、その最初の状態を原始の原子と呼んだ。対抗する考えは、宇宙にははじまりなんてないと言っていた。ビッグバンという名前は、それを信じていなかった人がつけたんだよ。論争には証拠で決着がついたの。その話は次にするね」

サミはその夜の休憩のときに返事をくれました。自分の配送所では、配達で何かうまくいかないことがあると、運転手たちはいつもだれのせいかで言い争い、管理者はいつも同じことを言うのだそうです。「言い争いはやめて、追跡記録を確かめろ」。天文学者たちも同じことをしたんだね、と彼は書いていました。ヌールはほほえんで、そのとおりだと思いました。それから彼女はまた船外活動のことを考え、どんな仕事でも、思いこむかわりに確かめることにどれほど多くのことがかかっているかを考えました。

眠る前に、トマスが彼女の寝室の壁をそっとたたいて、おやすみを言いに来ました。彼は、以前いっしょに働いたある技術者が、点検リストとは自分より前にまちがいをしたすべての人たちとの会話なのだ、とよく言っていたと話しました。ヌールはそのことばが気に入りました。ある意味では、科学の歴史全体が、そういう種類の点検リストなのかもしれない、と彼女は思いました。まちがえて、それに気づき、学んだことを次へ手わたしてきた人々によって書かれた点検リストです。

今夜もし一分あれば、ご自分の一日の仕事の中で、後ろからたどってみることでよくわかったことを、何か思い浮かべてみてください。原因までたどっていったまちがいや、終わりから計画した仕事などです。そうした考え方こそ、天文学者たちが宇宙に対して行ったことでした。今日見えている膨張を出発点にして、その前に何があったはずなのかを、根気強く問いかけたのです。

よくある誤解

宇宙は、広大な何もない空間に浮かぶ小さな点として始まり、それから外へ向かって大きくなって空間を満たしていったのだ、と想像している人はたくさんいます。暗い部屋の真ん中にある明るい点が、部屋を満たすように広がっていくイメージです。熱いはじまりという考えが言っているのは、そういうことではありません。私たちにわかるかぎりでは、部屋はありませんでした。初期の宇宙の外側に、満たされるのを待っている何もない空間はなかったのです。初期の宇宙は、あらゆる場所で熱く、密度が高く、そしてそれ以来、空間そのものが引き伸ばされつづけてきました。もし今日の宇宙が無限であるなら、そうかもしれないのですが、そのときもおそらく無限で、ただずっと密度が高かっただけなのでしょう。とても小さかったのは、のちに私たちに見える宇宙になった部分なのです。

また、ビッグバンという名前をそのまま受けとって、中心と音のある大きな爆発を思い描く人もたくさんいます。けれども、ふつうの意味での「バン」という音はありませんでした。音が伝わるには空気かほかの物質が必要ですし、聞く人もいなければ、それを聞くための外側もなかったのです。中心もありませんでした。前の夜に、ふくらむパンの中の干しぶどうが教えてくれたとおりです。この名前は、ちがう考えのほうを好んでいた人の、ラジオでの話から生まれました。便利な呼び名で、この本でも使っていますが、それがはじまりを表しているのは、あだ名がその人を表している程度にすぎません。

三つめのよくある誤解は、ビッグバン理論は宇宙のはじまりを引き起こしたものが何なのかを説明している、というものです。そうではありません。この理論は、宇宙が、とても熱くて密度の高い初期の状態から、今日私たちが見ている宇宙へとどのように変わってきたのかを描き出していて、それをとてもよく描き出しています。けれども、いちばん最初の瞬間について、そしてその前に何かがあったとしたらそれについて、この理論は信頼できることを何も言っていません。そこに今の物理の法則をあてはめようとすると、法則がはたらかなくなってしまうのです。科学者たちは正直に、この部分はまだわかっていないと言っています。確かめられるのはそのあとに起きたことで、最初の大きなテストは1965年に、アンテナのかすかな雑音からやってきました。次の夜の物語は、そこから始まります。