第6章　いちばん古い光

第57夜：回線の雑音

五十七日目の朝、地上との最初の通話のときに、ヌールはその雑音に気づきました。遠くで降る雨の音のような、とてもかすかなサーという音で、ヘッドセットから聞こえてくるどの声の下にも流れていました。地上のチームには彼女の声がまだはっきり聞こえていましたし、彼女も相手の言うことはまだわかりました。けれども雑音はたしかにそこにあり、宇宙ステーションでは、あるはずのないものはどんなものでも、調べてみる価値があるのです。

地上は、原因を見つけるのを手伝ってほしいと頼んできました。短い点検リストが送られてきて、ヌールはその日のほかの仕事の合間に、それを一つずつ進めていきました。まず、別のヘッドセットで聞いてみました。雑音は消えません。次に、別の無線パネルに切りかえてみました。雑音は消えません。それから、地上が読み上げる設定を一つずつ確かめました。どれも合っていました。昼食のころには、かんたんに原因から外せるものは、ほとんどすべて外し終えていました。そのときには前に進んでいるように感じられなくても、これは役に立つ種類の前進です。

午後、地上の専門家が、パネルから壁までケーブルをたどって、カバーの裏にある小さなコネクターを一つ確かめてほしいと頼んできました。カバーを開けるのに二十分かかりました。ねじを一本ずつ、漂っていってしまう前につかまえなければならなかったからです。裏のコネクターは、何ともないように見えました。それでも、点検リストに書かれているとおり、それをそっと押しこんで、きちんとはめなおしました。専門家は、何かしゃべってみてほしいと言いました。彼女は一から十まで数えました。少し間があってから、地上の声が、温かい調子で、雑音が消えたと伝えてきました。

トマスは笑って、技術の仕事の半分は、ものをそっと元の場所に押しこむことだと言いました。アデは、残りの半分は、装置が何か奇妙なことを告げたときに、それを信じることだと言いました。ヌールは結果を記録簿に書きこみ、カバーをまた閉じて、袖に結びつけておいた小さな袋からねじを取り出しました。

その夜、ヌールが雑音のことを話すと、サミは荷積み場に止めたトラックから返事をくれました。運転席のラジオが、毎晩、二つの町のあいだの同じ場所でサーと鳴るのだけれど、もう気にならなくなった、と書いてありました。ヌールはそれを読んでほほえみました。彼女は、二人の技術者がどうしても気にせずにはいられなかった雑音と、それが何だったのかについての物語を知っていたからです。それは、五十七日目の夜にぴったりの物語でした。

輝く霧

前の夜に、私たちは宇宙のフィルムを逆にたどりました。今日、銀河がたがいに遠ざかっているのなら、ずっと昔には、何もかもがもっと近くにあったはずです。そして、物質と光は、押し縮められると熱くなります。ルメートルは「原始の原子」を思い描きました。定常宇宙という考えを支持する人々は、はじまりがまったくない宇宙を思い描きました。その二つめの側にいたフレッド・ホイルは、ラジオでの話の中で、一つめの考えに有名な名前をつけました。けれども、名前は証拠ではありません。今夜の物語は、その問題に決着をつけた証拠についての物語です。

はじまりから数十万年たったころの、若い宇宙を思い浮かべてみましょう。それは、今日の宇宙にあるどんなものよりも、ずっと熱く、ずっと密度が高いものでした。あまりにも熱いので、原子はまとまっていることができませんでした。原子とは、のちの夜にもっとくわしく見ていきますが、原子核と呼ばれる小さな中心と、そのまわりにある電子と呼ばれるさらに小さな粒子でできています。若い宇宙では、電子は原子核のそばにとどまっていることができませんでした。電子が落ち着こうとするたびに、熱がそれをふたたびはじき飛ばしてしまったのです。

自由に動きまわる電子は、光に大きな影響を与えます。光のじゃまをするのです。その初期の宇宙では、光の筋は、遠くまで進まないうちに電子にぶつかって、新しい方向へはね返されてしまいました。それからまた別の電子にぶつかり、さらに別の電子にぶつかりました。光はどこにでもありましたが、どこへもまっすぐ進むことができなかったのです。宇宙全体が輝いていましたが、すき通ってはいませんでした。濃くて明るい霧のようなものだったのです。

霧の朝に、これに似たものを見たことがあるかもしれません。太陽はのぼっていて、まわりの空気は明るいのに、通りの先の家々は見えません。家々からの光が、目に届くまでのあいだに散らばってしまうからです。若い宇宙は、どこでも、どの方向でも、そんなふうでした。もしだれかがその中に立つことができたとしたら、明るく一様な輝きが見えるだけで、その向こうには何も見えなかったでしょう。

それから、宇宙はゆっくりと膨張し、冷えつづけました。はじまりからおよそ38万年たったころには、温度は数千度にまで下がっていました。それでもまだとても熱く、温度の低いある種の星の表面と同じくらいですが、大切な変化が起きるには十分な冷たさでした。電子が、原子核のまわりに落ち着いて、そこにとどまれるようになったのです。原子ができました。そのほとんどは、水素とヘリウムの原子でした。

霧が晴れた瞬間

電子が原子の中におさまると、もう前のようにかんたんには光のじゃまをしなくなりました。突然、光は自由にまっすぐ進めるようになったのです。霧が晴れました。天文学者たちは、この瞬間を、厚い雲の中にあったランプが、突然すんだ空気の中に出たようなものだとたとえることがあります。その瞬間に解き放たれた光は、宇宙を横切って、あらゆる方向へ旅立ちました。その一部は、それ以来およそ138億年にわたって旅を続け、その一部が今夜、地球に届いているのです。

その光が旅立ったとき、それは数千度の温度を持つものの輝きでした。そのように熱いものからの光は波が短く、その一部は、人間の目にはオレンジ色や黄色に見えたことでしょう。けれども、遠ざかる銀河の夜に、空間そのものが何十億年にもわたって引き伸ばされてきたことを見ました。空間が引き伸ばされるにつれて、この古い光の波もいっしょに引き伸ばされました。千倍以上も引き伸ばされたのです。今日では、その波はもう、目に見える光ではまったくありません。ずっと長い波、マイクロ波と呼ばれる種類の波になっています。

マイクロ波は、電波のなかまで、波がわりあい短いものです。電子レンジが食べものを温めるのに使うのと同じなかまの波ですが、宇宙の古い光はとてつもなく弱いものです。手で感じられるようなものを温めることはありません。その温度は、今日では絶対零度よりわずか2.7度ほど高いだけです。絶対零度とは、ありうるいちばん低い温度で、およそマイナス273℃です。ですから、この古い光はおよそマイナス270℃なのです。

天文学者は、この光を宇宙マイクロ波背景放射と呼んでいます。「宇宙」は、それが宇宙全体のものであることを意味しています。「マイクロ波」は、それが今日どんな種類の波なのかを教えてくれます。「背景」は、それが舞台のいちばん奥の壁のように、ほかのあらゆるものの後ろにあることを意味しています。この本では、たいていただ「いちばん古い光」と呼ぶことにします。それは、私たちが見ることのできる中でいちばん古い光です。それより前には、宇宙は光が横切ることのできない霧だったからです。

ここには、驚くべきことがあります。いちばん古い光は、一つの星や一つの銀河から来るのではありません。一つの方向から来るのでもありません。あらゆる方向から同時に、空全体から、昼も夜もやってくるのです。このページを読んでいる今も、そのとてもかすかな一部が、まわりの部屋を通りぬけています。大きなホールの中で、消えていくこだまの中に立っているようなものです。音は、すべての壁からいっしょに聞こえてきます。

それを見つけた人々

この古い光について最初に注意深く考えた人々は、別の問いに取り組んでいました。1948年、物理学者のジョージ・ガモフと、その若い同僚のラルフ・アルファーとロバート・ハーマンは、熱くて密度の高い初期の宇宙で、もっとも軽い元素がどのようにつくられえたのかを理解しようとしていました。それは次の夜の物語です。けれども、それに取り組んでいるあいだに、アルファーとハーマンは、あることに気づきました。もし初期の宇宙が本当にそれほど熱かったのなら、その熱のかすかな輝きが、今日もまだ空間を満たしているはずだ、ということです。二人は、この輝きは今では絶対零度より数度高いだけだろうと見積もりました。

この三人がどのように仕事をしていたのか、少し考えてみてください。彼らには、初期の宇宙を見ることのできる望遠鏡もなければ、今日私たちが使っているようなコンピューターもありませんでした。鉛筆と紙と、かんたんな計算機と、長い話しあいで仕事をしていたのです。ガモフは、ちゃめっ気のあるユーモアと、ふつうの読者に物理を説明する親しみやすい本を書くことで知られていました。アルファーとハーマンは、根気のいる注意深い計算の多くを受けもちました。彼らの見積もり、およそ5度は、ぴったり正しいわけではありませんでしたが、本当の値に近いものでした。最初の試みとしては、驚くべき成果です。

彼らの予言は、当時はあまり注目されませんでした。それほどかすかな輝きを測ることは、その時代の装置ではとうてい無理なことに思えましたし、多くの科学者は、宇宙に熱いはじまりがあったことにさえ、まだ納得していなかったのです。その考えは、何年かのあいだ、ほとんど忘れられていました。こうしたことは、人々が思っているよりも科学ではよく起こります。よい考えは、ふさわしい装置や、ふさわしい人があらわれるまで、古い論文の中で静かに待っていることがあるのです。

1960年代のはじめ、二人の電波技術者が、人工衛星にはね返った信号を受けるためにつくられた、ラッパの形をした大きなアンテナを使って仕事を始めました。二人は、それを使って、宇宙から来るかすかな電波を注意深く測りたいと考えていました。そのためには、まず、アンテナと受信機がそれ自体で生み出す雑音を、一つ残らず理解しなければなりませんでした。そこで二人は測り、確かめ、また測りました。そして、説明のつかないかすかな雑音を見つけたのです。それは、アンテナをどの方向に向けても、一日のどの時間でも、どの季節でも同じでした。

二人は、よい技術者がすることをしました。自分たちの装置の中に原因を探したのです。受信機と接続を確かめました。ラッパの中に二羽のハトが巣をつくっていて、内側の面にふんを残していたことまで見つけました。ハトは運び出され、技術者たちはラッパを丁寧に掃除しました。それでも雑音は残りました。それはアンテナから来ているのでも、近くのどこかから来ているのでもありませんでした。空から来ていたのです。

ちょうど同じころ、そこからあまり遠くないところで、物理学者のグループが、まさにそうした輝きを探すための装置をつくっていました。彼らは、その考えに自分たちであらためてたどり着いていたのです。二つのグループがおたがいの仕事のことを聞いたとき、彼らはその雑音が何なのかを理解しました。1965年、その結果が発表されました。技術者たちは、いちばん古い光を見つけていたのです。多くの天文学者にとって、これは、定常宇宙という考えがもっとも強い支えを失った瞬間でした。熱いはじまりのない宇宙には、空間全体をそうした輝きで満たす自然な方法がなかったからです。

ごく小さなちがいの地図

1965年のあと、いちばん古い光は、空全体の中でもっともよく研究されるものの一つになりました。はじめのうち、それは完全になめらかに見えました。だれが測れるかぎりでも、どの方向でも同じ温度だったのです。それはそれで、一つの謎でした。もし若い宇宙が完全になめらかだったのなら、のちにどうやって、こちらには銀河、あちらには何もない空間、というでこぼこしたものになったのでしょうか。だれかが測ることさえできれば、どこかに小さなちがいがあるはずでした。

それを地上から測るのは、とてもむずかしいことでした。空気そのものがマイクロ波で少し光っていますし、空気の中の水がじゃまをするからです。そこで科学者たちは、空気の上からいちばん古い光を測るための人工衛星をつくりました。1989年に打ち上げられた衛星が、その輝きをたいへん注意深く測りました。そして1992年、そのチームは、ちがいを見つけたと発表しました。それはごく小さなもので、およそ10万分の1でした。空のある部分は平均よりほんのわずかに温かく、ある部分はほんのわずかに冷たかったのです。

その衛星は、カメラのように一瞬で写真を撮ったわけではありません。何年にもわたって空全体を何度も何度も走査し、チームはその測定を足し合わせて、ごく小さなちがいが装置の雑音から浮かび上がるようにしたのです。その意味で、チームは、ラッパ形のアンテナを使った二人の技術者と同じ問題に向きあっていました。空が告げていることを信頼する前に、自分たちの装置が生み出す雑音を、一つ残らず理解しなければならなかったのです。

これがどれほど小さいのかを思い描くために、広くて静かな湖を考えてみてください。湖が完全に静まりかえっていれば、その表面はまったく平らでしょう。10万分の1のちがいというのは、目ではけっして見ることのできないほど小さなさざ波のようなものです。けれども、このごく小さなさざ波が、とてつもなく大切なのです。若い宇宙がほんのわずかに密度の高かった場所では、重力が少しだけ強く引っぱりました。何億年ものあいだに、そうした場所には、ますます多くの物質が集まっていきました。いちばん古い光の中のごく小さなさざ波は、私たちの銀河もふくめた、銀河の種なのです。

のちの衛星は、空全体のますますくっきりとした地図をつくりました。その地図は、ほんの少し温かい光とほんの少し冷たい光の点がちりばめられた、まだら模様の卵のように見えます。こうした点の大きさや並び方を調べることで、天文学者は宇宙について多くのことを測ることができます。宇宙の年齢、ふつうの物質がどれだけふくまれているか、そしてのちの夜に出会う不思議な物質とエネルギーがどれだけあるか、といったことです。この本で使っているおよそ138億年という年齢は、おもにそうした地図から得られたものです。

ですから、いちばん古い光は、熱いはじまりの証拠であるだけではありません。それは、宇宙がおよそ38万歳だったときに撮られた、赤ちゃんのころの写真のようなものでもあるのです。今日の宇宙の年齢とくらべると、それは人が生まれて最初の一日のうちに撮った写真のようなものです。顔はまだ大人の顔ではありませんが、その形はもうそこにあるのです。

サミへのメッセージ

眠る前に、ヌールは数分間、大きな窓のそばに浮かんでいました。ステーションは地球の夜の側の上にあり、大気の細い線の上の空は黒く、星でいっぱいでした。いちばん古い光もそこにあることを、彼女は知っていました。星々のあいだにも、その後ろにも、彼女の目には見えないけれど、あらゆる方向を満たしているのです。窓も、ステーションも、彼女自身の手も、ごくかすかに、その光を浴びていました。

その日の夕方、アデは食堂の画面に、いちばん古い光の地図の一つを映して、トマスとヌールに見せてくれました。トマスは、オレンジの皮をうんと近くで見たみたいだね、と言いました。アデは、窓から見えるどの銀河も、あの点のような小さなちがいから、何十億年もかけて重力によって大きくなって育ったのだと言いました。そのあと、しばらくだれも口をききませんでした。忙しいステーションでは、それは一種のほめことばなのです。

彼女はサミにこう書きました。「ラジオのサーという音は、たぶん近くの電波塔かエンジンのせいだと思う。でも、ラジオの雑音のほんの一部は、宇宙でいちばん古い光から来ていることがあるの。ある意味では、夜の運転のあいだに、はじまりのかすかな名残を聞いていたのかもしれないよ」。サミは一時間後、休憩のときに、二つの町のあいだのあの雑音に、もう二度といらいらすることはないだろうと返事をくれました。

一日の仕事を終えたあと、あなたの暮らしの中にも、そんな音があるかもしれません。冷蔵庫のうなり、車の行きかう音、古いラジオのサーという音。もちろん、そのほとんどは、近くにあるふつうのものから来ています。けれども、いちばん古い光も、毎晩そこにあって、四方八方からやってきています。それは星ができるずっと前、地球ができるずっと前に解き放たれ、そのあいだずっと旅を続けて、あなたが今座っている場所に届いているのです。

よくある誤解

いちばん古い光は、ビッグバンが起きた、どこか遠くの一つの場所から来ている、と思っている人はたくさんいます。そう思い描くのは自然なことです。私たちはふつう、光はランプや星から来るものだと考えているからです。けれども、いちばん古い光は、あらゆる方向から同じようにやってきます。熱い霧は、宇宙の中の一つの点ではなく、宇宙全体を満たしていたからです。どこを見ても、私たちが見ているのは、今私たちに届いている光にとって霧が晴れた、遠くの場所なのです。とても遠くの銀河にいる天文学者がいたら、その人にも、自分のまわりの遠くからやってくる同じ輝きが、まわりじゅうに見えるはずです。

また、十分に大きな望遠鏡があれば、いちばん古い光の向こうを見て、はじまりそのものを見ることができる、と思っている人もたくさんいます。ふつうの光でも、それに似たほかのどんな種類の波でも、それはできません。およそ38万年より前には、宇宙は光が横切ることのできない霧だったので、それより前の時代からの光は、まっすぐ私たちに届くことができないのです。雲の内側を外から見ようとするようなものです。科学者たちは、それより前の時代について、別の方法で学んでいます。一つはもっとも軽い元素の量で、これは次の夜の物語です。もう一つは、いちばん古い光そのものの中の模様です。

最後に、いちばん古い光は「古いテレビの砂嵐にすぎなかった」と聞いたことがある人もいるでしょう。本当のところは、それより少しやさしいものです。古いテレビは、放送局に合わせていないとき、砂嵐と呼ばれる、動く点の模様を映していました。その砂嵐のほとんどは、テレビ自体や、ほかの電気の機器や、近くの電波を出すものから来ていました。けれども、そのほんの一部は、たしかにいちばん古い光から来ていたのです。ですから、局に合わせていないテレビの前に座ったことのある人はだれでも、知らないうちに、若い宇宙のごく小さなこだまを見ていたことになります。次の夜には、さらにさかのぼって最初の数分間まで戻り、熱い霧が何でできていたのかを見ていきます。