ノーベル賞受賞者ペンローズ博士は「ビッグバン以前の宇宙の痕跡」も見つけていた

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2020年ノーベル物理学賞を受賞した3人の肖像。
2020年ノーベル物理学賞を受賞した3人の肖像。 / Credit:Nobel Media.

2020年のノーベル物理学賞は、ブラックホールの発見に貢献した3人の科学者に送られました。

ロジャー・ペンローズ博士は「一般相対性理論がブラックホール形成を導くことを数学的に証明した」功績を讃えられノーベル賞を受賞。

同時に受賞したラインハルト・ゲンツェル博士とアンドレア・ゲズ博士は、我々の属する天の川銀河の中心に超大質量ブラックホール「いて座A*(いてざえーすたー)」が存在することを発見した功績に対してノーベル賞が送られています。

そんな受賞者の1人ペンローズ博士はこの他にもいろいろと一般にも知名度の高い研究がある有名人ですが、その中にビッグバン以前の宇宙の痕跡を見つけたというものがあるんです。

ビッグバン以前の宇宙とは一体なんなのでしょう?

ビッグバン以前の宇宙

宇宙膨張の概略図。
宇宙膨張の概略図。 / Credit:depositphotos

宇宙の歴史を辿っていくと、宇宙は非常に小さい領域で起きた巨大な爆発「ビッグバン」から始まったということがわかっていて、現在も宇宙はその時の衝撃によって膨張を続けています

しかし、いずれその勢いが失われたとき宇宙はどうなるのでしょうか?

一部の科学者は膨張の勢いが止まった宇宙は、宇宙の中にある物質の重力によって再び一点に収縮していく「ビッグクランチ」が起きると考えています。

これはいわば宇宙の終焉と呼べるものです。

ところが、これで宇宙は終わらないという考えがあります。一点に収縮した宇宙は再びビッグバンを起こして膨張し、新しい宇宙が始まるというのです。

宇宙はビッグバンによる膨張とビッグクランチの収縮を延々と繰り返していて、私たちのこの宇宙もビッグバンがすべての始まりではなく、その以前にも同様に宇宙が存在していた可能性があるのです。

しかし、そんなことを実際に証明できるのでしょうか?

ロジャー・ペンローズ博士は、そのビッグバン以前の宇宙の痕跡を発見する研究を以前に発表しています。

その鍵となるのが、今回のノーベル賞物理学賞の主題にもなっているブラックホールなのです。

宇宙が終焉を迎えても残るブラックホールの残骸

繰り返される宇宙「共形サイクリック宇宙論」の漫画表現。
繰り返される宇宙「共形サイクリック宇宙論」の漫画表現。 / Credit:maths.ox.ac.uk

ロジャー・ペンローズ博士は、この膨張と収縮の無限循環を続ける宇宙を説明した「共形サイクリック宇宙論」の提唱者でもあります。

この理論では繰り返される宇宙の1サイクルを「イーオン(英: aeon)」と呼んでいます

しかし、宇宙が破滅と再生を繰り返しているとして、その証拠は今の宇宙で見つけることは可能なのでしょうか?

その鍵になるのが、ブラックホールの残骸「ホーキングポイント」です。

ブラックホールは永遠に存在する天体ではなく、ホーキング放射によって蒸発しています。たとえ銀河団を飲み込むほどの超大質量ブラックホールでも、10の106乗もの年数をかけて蒸発すると考えられています

そして、この超大質量ブラックホールの蒸発した巨大な放射エネルギーは、宇宙が押しつぶされたとき単一の「ホーキングポイント」と呼ばれる形で、後続のイーオンに残るというのです。

新しい宇宙で出現した光子は、宇宙の誕生から38万年後に膨張する宇宙の中へ解き放たれて自由に飛び回るようになります。それはビッグバンのこだまとして現代の我々が見る宇宙にまで残り続けます。これを宇宙背景放射(英: cosmic microwave background、以下CMB)と呼びます。

ペンローズ博士の理論では「ホーキングポイント」がCMBの中に満月の8倍ほどの直径の領域として記録されると考えています。

宇宙背景放射に残る前の宇宙の痕跡

CMBの中に見つかったホーキングポイント。
CMBの中に見つかったホーキングポイント。 / Credit:maths.ox.ac.uk

2018年発表された論文では、CMBからホーキングポイントを見つけ出す研究が報告されています。

そこではCMBをシミュレーションすることで、ホーキングポイントがどのように見えるかを調査し、一致する痕跡を実際のCMBのデータから検索しました

すると、一致するホーキングポイントの痕跡が20以上発見されたのです。

ただ、これが前の宇宙の痕跡であるかどうかについては、多くの科学者が懐疑的です。もしホーキングポイントが存在するとしたら、それは数万単位で存在しなければおかしいと予想されていて、この研究結果に示される20程度という数は少なすぎるのです。

また、CMBは全宇宙に広がる情報のため、ランダムに似たような痕跡が生成される可能性も否定できません。

しかし、宇宙が破滅と再生を繰り返し延々と続いているという可能性が物理学的に示されているというのは、なんとも刺激的な話ですね。

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