宇宙の膨張〜星空の話（その６）

　１９０５年、物理学雑誌「アナーレン・デル・フィジーク」にベルン特許局の無名の青年技師から「運動物体の電気力学について」という論文が寄せられてきました。
　通常の論文であれば、権威者の文献の引用とか、実験の結果に基づく記述とかがあるのですが、この論文にはそういったものが一切無く、実に風変わりなものでした。しかし、その内容は後に特殊相対性理論と呼ばれ、時間と空間の絶対性を否定し、世界中に衝撃を与えることになります。それはニュートンの築いた世界の破綻の始まりでした。
　青年技師の名はアインシュタインといいました。
　
　（その３）から（その５）までは太陽系のお話しをさせていただきましたが、その存在は我々の住む銀河系全体から見れば塵ほどの存在でしかありません。そしてその銀河系も他の銀河系（系外銀河）を含む広大な宇宙全体からみれば、また塵ほどの存在でしかありません。
　（その６）では太陽系を飛び出して、宇宙全体のことがらについてお話しをしたいと思います。
　 　

　（その５）で、ニュートンは惑星の軌道を証明したとお話しましたが、実はニュートン理論で説明出来ないことがたった一つだけありました。それは水星の近日点の問題です。
　近日点とは楕円軌道を描く惑星が太陽に最も近づくポイントの事ですが、水星の近日点は百年に５７４秒角（１秒角＝１／３６００度）程ずれます。そのうち５３１秒角は木星など他の惑星の引力によるものと考えられるのですが、残りの４３秒角の理由がニュートン理論では、どうしても説明出来なかったのです。
　そのため海王星の存在を予言したルベリエは、水星より更に太陽に近いところに未知の惑星があるのではないかと考え、バルカンという名前まで付けて探しましたが、結局、その存在を裏付けることは出来ませんでした。
　そしてこの問題に決着をつけたのが、アインシュタインでした。

　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　　　


　　　　　ＮＧＣ４４１４　カミノケ座に所属する銀河
　　　　 （ハッブル宇宙望遠鏡撮影）
　 　
　
　１９１６年、アインシュタインは特殊相対性理論を発展させた一般相対性理論を完成させ、重力によって時間と空間に歪みが発生し、その歪みが物体の運動に影響を及ぼす、という破天荒な説を発表します。
　水星の近日点のずれも、太陽の重力による時空の歪みが原因で、水星は太陽に最も近く、かつ公転周期が速いため、その影響が他の惑星と比べて顕著に現れるのでした。
　その後の観測によって、この理論は証明されます。
　アインシュタインはそれを「重力場の方程式」として表すことによって宇宙の有様を描き出しました。そして、時間と空間（距離）によって速度を表すニュートンの理論は、人間の五感が認識できるうわべの事象だけを近似的に説明したもので、厳密にいうと誤りであることを明らかにしました。
　「プリンキピア」の発刊から二百数十年、ついに新しい世界を再構築することに成功したのでした。
　ただアインシュタインは、当初、宇宙は安定したものだと考えていました。 　
　
　 １９２２年、ロシアの科学者フリードマンは、アインシュタインの「重力場の方程式」を解くと、宇宙は不安定で膨張しているという結論に達します。
　　しかし宇宙は安定したものだと考えるアインシュタインはこれを受け入れず、フリードマンの論文を批判します。彼は「重力場の方程式」に「宇宙定数」という補正項をわざわざ付け加え、方程式の上で宇宙を安定させたほどでした。
　フリードマンはアインシュタインに否定されたまま、１９２５年、３６歳の若さでこの世を去ります。
　　　　　　
　
　
ハッブル宇宙望遠鏡
　
　
　
　ドップラー効果という言葉を聞かれたことのある方は多いと思います。
　よく使われる例として救急車のサイレンの音があります。近づいてくる救急車のサイレンの音は高く聞こえ、遠ざかるサイレンの音は低く聞こえるというものです。皆さんも経験されたことがあると思います。
　これは近づいてくる音の波長は短くなり、遠ざかる音の波長は長くなるからで、これがドップラー効果です。
　波の性質を持つ光にも同様なことが当てはまります。光の場合は近づいて来て波長が短くなると、より青く見え、遠ざかって波長が長くなると、より赤く見えるようになります。前者を青方偏移、後者を赤方偏移といいます。
　　
　
　アメリカの天文学者ハッブルは、ケフェイドなどを利用して他の銀河までの距離を割り出し、地球から遠く離れた多くの銀河を観察した結果、その赤方偏移に気付きます。そして、フリードマンの死の４年後にあたる１９２９年、「どの方向にある銀河も、地球から遠いものほど速いスピードで地球から遠ざかっている」ことを発見します。それはとりもなおさず宇宙が膨張しつづけていることの証明でした。さすがのアインシュタインも、この事実の前に宇宙の膨張を認めざるを得ず、後に「宇宙定数」は人生最大の誤りであったと述懐することになります。
　ハッブルは他にも数多くの業績を残し、現在ＮＡＳＡの打ち上げた宇宙望遠鏡にその名がつけられています。
　
（２００１年９月１８日登録）