「ビッグバン直後」の宇宙はどれくらい小さかったか

宇宙はどのくらい遠くまで見えるのか。物理学上観測できる範囲の限界はまさに天文学的な距離にまで広がっている。今日いちばん遠くに見えるもっとも昔の光は、なんと138億年前、つまり高温のビッグバンが起きたときに発せられたものだ。宇宙は膨張を続けているため、現在ではその光が放出された場所までは、138億光年よりずっと遠い461億光年もの距離がある。はるか彼方の天体の情報を携え、はてしない時間をかけてようやく地球に到達するのだ。

大昔に宇宙のどこかで発せられた光は今も移動しており、やがて地球に届く。未来にはさらに遠くまで見えるようになる。とはいえ、いつの時点においても、どれだけ遠くまで見えるか、つまり観測可能な宇宙空間の範囲には限界がある。それは過去も同様で、過去のどの時点においても宇宙の広さは有限で定量化できる。過去の宇宙は現在よりも小さく、その大きさはビッグバンの発生からどれくらい時間が経っているかによって決まる。

では、ビッグバンが起こり、宇宙が生まれた当初までさかのぼったらどうなるだろう？　

驚くべきことに、宇宙には、ごく小さく密度が無限大で、最高温度に達する特異点というものは存在しない。そこにはやはり、宇宙が存在しうる最小限の大きさという限界がある。なぜ限界があるのか、どうすれば初期の宇宙がどれほど小さかったかを解明できるのか。その謎を探っていこう。

WiggleZ調査のGiggleZ補足のシミュレーションによる宇宙に存在する物質の分布の断面図。宇宙の大規模な構造は、より均質で、高温かつ高密度の状態から進化し、重力を伴うことによって膨張し、冷却されてきた。GREG POOLE, CENTRE FOR ASTROPHYSICS AND SUPERCOMPUTING, SWINBURNE UNIVERSITY

宇宙が将来どうなるか、あるいは過去の宇宙はどのような状態だったかを理解するには、まず宇宙をつかさどる法則について知る必要がある。とりわけ宇宙の構造については、時間とともにどのように進化してきたかは重力の法則によって説明できる。その法則を明らかにしたのが、アインシュタインの一般相対性理論だ。宇宙に存在するあらゆる物質とエネルギーをアインシュタインが提唱した方程式にあてはめ、それらが時間経過によってどのように移動し、どう進化したかを計算すれば、膨張と収縮を繰り返す宇宙の未来、または過去のある時点での湾曲や進化の度合いを導き出せる。