Chapter-132　2006年　ノーベル物理学賞

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2006年10月21日　（前回の放送｜次回の放送）

　スウェーデン王立科学アカデミーは2006年10月3日、2006年のノーベル物理学賞を、NASAゴダード宇宙飛行センターのジョン・マザー上級研究員と米カリフォルニア大バークレー校のジョージ・スムート教授に授与すると発表しました。授賞理由は「宇宙背景放射の黒体放射スペクトルと異方性の発見」となっています。

　宇宙誕生初期の特殊な現象を一般相対性理論から導き出し、宇宙は膨張していると考えたのはベルギーのローマ・カトリック教会の司祭であったジョルジュ・ルメートルです。宇宙が膨張しているのならば宇宙の始まりは宇宙が極めて小さく圧縮された世界だったと考えました。

　一方でアメリカの物理学者ジェローム・アイザック・フリードマンもルメートルと同じ膨張宇宙論を考えましたが、宇宙の始まりについてフリードマンは点であったとしました。つまり、無から宇宙は生まれたと考えました。けれど、当時、科学者の大多数は宇宙は永遠で静的だと信じていました。

　1940年代、宇宙のごく初期の計算に没頭していた科学者アルファーとハーマンはビッグバンモデルに従った場合、宇宙誕生数分後の宇宙は約百万度の高温で原子核と電子がゴチャゴチャに混じり合ったプラズマと呼ばれる状態となっていたと考えました。プラズマの中では光はプラズマの粒子に衝突して跳ね返るので、通り抜けることができず明るさのない世界でした。宇宙が膨張するにつれてエネルギーは薄められることになりますので宇宙の温度は低下し、30万年かけて水素とヘリウムの原子ができる3000度程度まで低下しました。光は原子と原子の間は通り抜けることができますので、電子が原子核につなぎ止められると光は宇宙空間を直進できるようになりました。

　アルファーとハーマンは自分たちの物理に対する考え方が正しいならば、光は宇宙の星や銀河を構成している中性の原子とは相互作用しないので、プラズマが原子に変化したときに直進し始めた光はその後何とも相互作用して失われることなく、今も宇宙を飛び回っているはずだと考えました。

　この光は当時有力だった定常宇宙論では存在せず、宇宙がビッグバンで誕生したときにのみ存在しうるものなので、この光を見つければ、すなわちそれは宇宙がビッグバンで始まったこと示すことになります。また光が直進し始めた瞬間には宇宙は光で満たされていたはずなので、現在もこの光は宇宙のあらゆる方向から地球に届いているはずだとも考えました。

　その後、ベル研究所の電波天文学者だったペンジアスとウィルソンという二人の研究者が登場します。

　彼らはベル研究所の巨大アンテナを使って共同で宇宙の電波源を調べることに取り組みました。ところが電波望遠鏡のチェックを行ったところ、望遠鏡をどのような方向に向けても一様に生じるノイズがあることに気がつきました。結論としてはこれが1940年代にビッグバン宇宙の証拠として提唱された宇宙マイクロ波背景放射だったのですが、提唱されてから20年以上の年月が経過する間に宇宙マイクロ波背景放射のことはすっかり学会で忘れ去られていましたので、後日、マサチューセッツ工科大学の天文学者バーナード・バークに指摘をされるまでノイズとビッグバンモデルを結びつけることができなかったのでした。ペンジアスとウィルソンは宇宙マイクロ波背景放射の発見で1978年にノーベル物理学賞を受賞しました。

　宇宙はビッグバンで始まったことはわかりました。次の課題は宇宙の進化を説明することです。現在の宇宙は何もない（と思われる）空間と銀河が密集した空間があるように空間がムラがあります。このムラが生じた過程を宇宙の進化といいますが、現在観測されているような宇宙に進化するためには宇宙マイクロ波背景放射に方向によって強弱があることを観測で示さなければなりません。ここで登場するのが2006年ノーベル物理学賞を受賞したジョージ・スムートとジョン・マザーです。

　スムートは宇宙マイクロ波背景放射のムラの検出に熱中し、気球や飛行機を使ってそのムラを上空から観測しようとしていましたが、良い結果は得られていませんでした。そこで彼は人工衛星に宇宙マイクロ波背景放射を観測する装置を積み込んでそのムラを観測しようとしました。同じことを同じ時に考えていたのが同時受賞となったジョン・マザーでした。NASAはスムートとマザーの研究チームにジェット推進研究所のチームを加えた共同研究チームを支援し、宇宙背景探査衛星COBEを1989年11月18日デルタロケットで打ち上げました。1991年、COBEは現在の宇宙の構造を作り出す元となった宇宙マイクロ波背景放射の揺らぎの検出に成功し、その後秘密裏に十分なデータの検討がなされ、1992年4月23日に学会発表されました。

［最新科学おもしろ雑学帖の関連項目］

　007番　誕生直後の宇宙は完全な液体だった
　015番　宇宙の誕生直後に迫るBファクトリー
　018番　火の玉宇宙より前の宇宙はどんなだったのですか
　019番　WMAPが解き明かす宇宙の年齢と構造

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