2011年9月10日

東京大学・数物連携宇宙研究機構・機構長の
村山斉さんに聞いた、宇宙に関する素朴な疑問

　今週のベイエフエム/NEC presents ザ・フリントストーンのゲストは、村山斉さんです。

　東京大学・数物連携宇宙研究機構（IPMU）の機構長でカリフォルニア大学バークレー校の教授でもある村山斉さんは、素粒子理論のリーダー的な存在で、基礎科学の分野においての若き指導者のひとりです。そして、村山さんが初代代表を務める数物連携宇宙研究機構とは、数学と物理の連携ということで、数学、物理、そして天文学のそれぞれの分野の専門家が世界から集まっている研究所で、宇宙の素朴な疑問に答えたいと思って研究活動をしているそうです。
　そんな村山さんを、先日柏市にある東京大学・柏の葉キャンパスの研究室に訪ねて、宇宙のお話を色々とうかがってきました。

宇宙の始まりは真っ暗闇で熱かった

※村山さんは市民講座や科学教室で一般の方たちに、宇宙のことを分かりやすく解説されているということで、こんな質問をぶつけてみました。

●宇宙の始まりは、ビッグバンだと言われていますけど、このビッグバンはどういったものですか？

「はっきり分かっていることは、昔の宇宙は、今より小さくて、熱かったんです。なぜ分かっているかというと、遠くを見ると、昔の宇宙の姿が見えるんですけど、137億光年先に、熱かった頃の宇宙が見えるんですよ！　それを見てみると、そのときの宇宙の温度は約4000度で、灼熱の宇宙だったんです。なので、昔の宇宙は小さくて熱かったのは間違いなんですね。その熱い火の玉のような宇宙が大きくなって、今の宇宙になったんですが、その昔の宇宙の姿を“ビッグバン”と呼んでいます。」

●ということは、宇宙は137億歳ということですか？

「そういうことになります。」

●その137億年の間に色々と変わっていったんですよね？

「そうですね。最初の頃の宇宙は熱かったので、原子も何もかもバラバラになっていて、熱いスープのような状態だったので、そこには当然、人間とかいませんし、星もまだ生まれていませんでした。そこから宇宙が冷えてくると、ある時、原子が生まれます。その生まれた原子たちの気体で、宇宙は満たされましたが、そのときはまだ星ができていなかったので、光がないんです。その時代のことを“暗黒時代”と呼んでいます。
　宇宙の歴史の中で最初の1億年ぐらいはその暗黒時代だったんですが、徐々に暗黒物質が集まってきて、その後に普通の原子が重力によって集まってきて、星が生まれてきました。その頃に出来た星のことを“ファースト・スター”と呼んでいますけど、そこで初めて宇宙に光が放たれました。そのファースト・スターたちが集まって銀河が生まれ、銀河が集まって銀河団が生まれて、その周りに惑星ができてきて、生命が生まれてきました。そこから、今の私たちに続いていくということになります。」

●子供の頃、太陽系があって、銀河系があって、その先にはもう一つの銀河系みたいなのがあるんじゃないかなって想像していたんですけど、それって実際は分かっていないんですか？

「いや、たくさんあります！　そういう銀河系は宇宙の中に一千億個ぐらいあります。」

●そんなにあるんですか！？

「はい。そして、それぞれの銀河の中に星が一千億個ぐらいあります。」

●もしかしたら、そういった星に私たちと同じような生命体がいるかもしれないですよね。

「私はいると思いますね！　実は、最近そういった惑星もたくさん見つかっているんですよ。今まで惑星っていうと、太陽の周りを回っている水星・金星・地球など、私たちが知っているものしかないと思っていましたが、最近では他の星にも惑星があるという証拠が続々と見つかっていまして、惑星の候補が何百個とあるんです。近くだけで何百個とあるので、宇宙全体で考えたら、ものすごい数の惑星があると思いますね。それだけあれば、その内のいくつかには、生命がいるんじゃないかと思います。」

●そうですよね！　村山さんはどんな形をしていると思いますか？

「それは検討もつかないですね。もしかしたら、全然違うものかもしれないじゃないですか。もしかすると、アンモニアの海に住んでいるかもしれないし、空気がないところに住んでいるかもしれないので、どんなところにいるのか分からないので、どういう生命が生まれたか、どんな形で、何でできていて、どういう動きをするのか、想像もつかないようなものがあるんじゃないかと思いますね。」

●そうですね。でも、そういうことを考えると面白いですよね！　星ってすごくキレイに輝いてるじゃないですか。なぜ星って輝いているんですか？

「これは、アインシュタインが言ったことなんですけど、星は自分の重さをエネルギーに変えて光っているんです。なので、太陽も毎秒何億トンもの重さがなくなって、軽くなっていっているんです。それだけ重さが減っていって、減らした重りをエネルギーに代えて、光を出しているんです。」

●ということは、太陽や星は、どんどん小さくなっていっているんですか？

「星自身はものすごく重いので、その程度の重さが失っても重さとしては全然変わらない感じがしますが、実際には少しずつ軽くなっていっています。」

ブラックホールは“天体”！？

※先ほど「宇宙の始まり」や「星はどうして輝くのか？」という素朴な質問に答えていただきましたが、続いてもこんな素朴な質問をしてみました。

●SF映画を見ていると、ブラックホールって出てきますよね。あれって何なんですか？

「ブラックホールというのは、直訳すると“黒い穴”という名前なので、『宇宙に穴が開いているのかな』と思うかもしれないですが、実は天体の一種なんです。例えば、星が長い間光を出しながら燃えていますけど、あるときにエネルギーがなくなって燃え尽きてしまうんですよ。燃え尽きた後、とても重い星だと潰れてしまうんですが、あまりに重いものだったりすると、重力に引っ張られてしまうので、光ですら逃げられなくなってしまうんです。なので、光ですら出てこられないような星になってしまうので、そういう天体のことをブラックホールと呼んでいます。そういう重い星が宇宙の中にはたくさんあって、ブラックホールになっているという例がたくさんあります。
　もう一つハッキリしてきたのは、私たちが住んでいる銀河系の真ん中には、太陽の400万倍ぐらいもの重さがある、すごく大きなブラックホールがあるんですが、他の銀河系に行くと、それの何億倍の重さのブラックホールがあるということが分かりました。それを“超巨大ブラックホール”と呼んでいます。そのブラックホールがどうしてそこまで大きくなったのかは、まだ分かっていないことが多いです。」

●映画などでよくあるシーンで、ブラックホールが徐々に大きくなっていたりするんですが、実際のブラックホールも大きくなっていたりするんですか？

「大きくなっています。例えば、私たちがいる銀河の真ん中にあるブラックホールをじっと見ていると、時々、強く光るんですよ。何が起きているかというと、ブラックホールの周りにガスが来ると吸い込んでしまうんですが、吸い込んで中に入ってしまうと、光も出てこられないので、何も見えないんですけど、吸い込まれる直前、断末魔の叫びのように光るんですよ。なので、今でもブラックホールは少しずつ周りの物を吸い込んで、大きくなっています。」

●宇宙旅行は可能でしょうか？

「私も子供の頃に憧れていましたが、色々考えても難しそうですね。人間が作ったもので、今まで宇宙を一番旅した物は何だか分かりますか？」

●何でしょうか？

「アメリカが打ち上げた人口衛星で“ボイジャー1号”という探査機があります。木星や土星の傍を通って、貴重なデータをたくさん送ってくれましたが、まだ動いているんですよ。今ではもう太陽系の外に出て、その先を行っているんですが、光の速さでも40時間ぐらいかかるところまで行っています。そこに行くまでに30年ぐらいかかりました。
　では、次の星に着くのはいつだろうかと考えてみると、次に着く一番近い星は、私たちがいる地球から光の速さで移動しても4年かかるんです。だから、まだ着かないですよね。だから、次の星に到達するような宇宙船を作るのは非常に難しいんですよね。」

●そうなんですね。映画だと、人間がそういった違う星行くと、若返るっていうシーンがあるんですけど、実際にそういったことってあるんですか？

「ありますね！　早く動くと時計が遅れるんです。もちろん、これは人間で実験したことはないんですけど、例えば、すごく精密な原子時計をロケットで飛ばしたり、飛行機で飛ばしてみると、着いたときには遅れてるんですよ。」

●それは不思議ですね！　どうしてなんですか？

「例えば、宇宙から色々な素粒子が降ってくるんですけど、素粒子は寿命が短い物が多くて、しばらくすると壊れてしまうはずなんです。だから、もしそのままだと、光の速さで頑張って走っても、地球上には届かない素粒子が多いんですけど、実際には届いているんですよ。なぜ届くかというと、素粒子も早く移動しているから、時計が遅れるので、寿命は短いんだけど、長く生きるんです。」

●それは、素粒子の時間と地球上の時間とズレているということなんですね。

「だから、早く走っていれば、長く生きられると思うじゃないですか。でも、自分の体内時計も遅れているので、自分から見ると、時間の進み方は同じなんですよ。他の人からは『あの人は長く生きてるよね』って思うんですけど、自分が生きている間にできることはどれだけあるかというのは、自分の体内時計で計るので、残念ながらたくさんのことができるようになるというわけではないんですね。」

●そこはちょっとしたジレンマがあるんですね。村山さんは、もし宇宙に行くことができたら、何を見てみたいですか？

「行ってみたいとしたら火星ですね。」

●それはなぜですか？

「『もしかしたら、昔の生命がいるんじゃないか』とか『どこかに水があるだろうか』といったことを調べてみたいですね。」

宇宙の謎に迫っていきたい

●村山さんが、これから研究していきたいことって、どんなことですか？

「実は、宇宙のほとんどは正体不明なんですね。先ほど、暗黒物質がなければ私たちは存在しなかったという話をしましたし、宇宙の膨張は加速していて、その加速を後押ししているものを“暗黒エネルギー”と呼んでいるんですけど、どちらもその正体が分かっていないので、それが一体何なのか知りたいですよね。」

●そうですね。それについて、どういった方法で研究しているんですか？

「例えば、暗黒物質は、今一番有力な説では、小さい粒だと思われています。その小さい粒が集まって、銀河の中にいる私たちを引き止めてくれていると言われています。それを素粒子と呼んでいるんですけど、もしそれが本当だったら、もしかしたら実験室で暗黒物質が作れるかもしれないんですね。
　最近では、ヨーロッパで“LHC”という大きな実験が始まっていて、どういう実験かというと“ビッグバンをもう一度起こす”というものなんですね。ものすごいエネルギーで粒子と粒子をぶつけると、ビッグバンまではいかなくても、ミニバンぐらいならできるんじゃないかと考えられているんですね。それが実現したら、実験室で暗黒物質が作れるんじゃないかと考えられていて、そうなれば、暗黒物質の正体が分かるようになるので、この実験にはすごく期待が集まっています。」

●仮に、その暗黒物質の正体が分かったら、どういったことが分かってくるのでしょうか？

「もし、暗黒物質が素粒子だとすると、恐らく宇宙が生まれてからすぐに生まれた素粒子だと思うんですね。ということは、その暗黒物質の正体が分かってくると、暗黒物質ができた頃の宇宙が分かってきますよね。それがいつ頃のことなのかというと、宇宙が誕生してから100億分の1秒ぐらいの頃なので、宇宙の始まりに迫っていけるんですよ！　なので、宇宙はどうやって始まったのかという謎に迫っていけるんですよ！」

●それは、人類のみんなが知りたいことですよね！

「そうですよね！」

●宇宙はどうやって始まったんでしょうか。

「それは大問題なんですけどね。」