宇宙のはじまりの残り火

20世紀の半ば、宇宙の始まりについて、二つの考えが争っていた。一つは、一般相対性理論の方程式から導かれ、宇宙が膨張しているで確かめられた膨張をさかのぼり、宇宙はかつて極めて熱く小さな状態から始まった、とする考え。もう一つは、宇宙は膨張しながらも、物質が少しずつ生まれ続けて、いつの時代も同じ姿を保っている、とする定常宇宙論である。前者を「ビッグバン」と名づけたのは、皮肉にも後者を唱えたイギリスの天文学者フレッド・ホイルで、1949年のラジオ番組でのことだった。

1948年、ジョージ・ガモフの弟子のラルフ・アルファーとロバート・ハーマンは、宇宙が熱い火の玉から始まったのなら、その名残の光が、膨張で引き延ばされて弱い電波となり、今も空のあらゆる方向から届いているはずだと計算していた。温度にして絶対温度5度ほどである。だがこの予言は、当時の技術では確かめようがないと思われ、ほとんど忘れられていた。

ニュージャージー州ホルムデルにあるベル電話研究所には、人工衛星との通信の実験のために造られた、巨大な角笛の形のアンテナがあった。1964年、電波天文学者のアーノ・ペンジアスとロバート・ウィルソンは、これを天体の観測に使おうとして、どうしても消えない雑音に気づく。アンテナをどの方向に向けても、昼も夜も、季節が変わっても、同じ強さで聞こえる。温度に直すと絶対温度3.5度ほどの、かすかな電波だった。

二人は原因を一つずつつぶしていった。近くのニューヨーク市の電波ではない。機器の故障でもない。アンテナの中には鳩がすみつき、彼らが「白い誘電物質」と呼んだ糞を残していた。鳩を捕まえて遠くへ放したが、戻ってきてしまい、最後は駆除された。糞を掃除し、継ぎ目にテープを貼っても、雑音は消えなかった。

そのころ、わずか50キロほど離れたプリンストン大学では、物理学者ロバート・ディッケの組が、まさにその電波を探す装置を作っていた。若いジム・ピーブルズは、宇宙の始まりの名残の電波が残っているはずだと独自に計算し直していた。ペンジアスは知人の天文学者を通じてその話を聞き、ディッケに電話をかけた。電話を切ったディッケは、仲間に「先を越された」と言ったと伝えられる。両者は互いの研究所を訪ね、1965年、同じ学術誌に二本の論文が並んで載った。ペンジアスとウィルソンの論文は、宇宙論には一言も触れず、アンテナの余分な温度を測った、という控えめな題だった。その意味を説明したのは、プリンストンの側の論文である。

この電波は「宇宙マイクロ波背景放射」と呼ばれるようになった。光の色と温度の関係を表すプランクの量子仮説の式に照らすと、宇宙全体が一様な温度を持つ物体のように光っていることになる。定常宇宙論は、空一面から一様に届くこの電波をうまく説明できず、支持を失っていく。宇宙に始まりがあったという考えは、膨張の観測に次ぐ、二つ目の強い証拠を得た。ペンジアスとウィルソンは1978年、ノーベル物理学賞を受けた。探していた組より先に、探していなかった組が見つけたことは、科学の発見の皮肉な一例として語られる。

その後、人工衛星による精密な観測が続いた。1989年に打ち上げられた COBE 衛星は、この電波が絶対温度2.7度ほどの、理論どおりの熱の放射の形をしていること、そして10万分の1ほどのわずかなむらがあることを示した。このむらこそが、のちに銀河や銀河の集まりへと育つ種だと考えられている。この成果も2006年のノーベル賞につながった。さらに後の衛星の観測から、宇宙の年齢はおよそ138億年と見積もられている。

この電波は、宇宙が生まれて約38万年後、それまで光を通さなかった熱い霧が晴れたときに放たれた光である。それ以前の宇宙を、光で直接見ることはできない。かつてアナログのテレビで、放送の無いチャンネルに映った砂嵐のような雑音のうち、ごく一部はこの電波だったと言われる。宇宙の始まりの名残は、ずっと私たちの身の回りに届いていた。