『宇宙が始まる前には何があったのか？』文藝春秋
ローレンス・クラウス／著　青木薫／翻訳

我々が生きているこの宇宙がビッグバンから始まった、ということは、もう常識と呼んでいいだろう。ビッグバンというのは、超大雑把に言えば、「凄く小さな“宇宙の種”みたいなものが爆発するように一気に膨張して宇宙が生まれた」という話である。ビッグバン説は、「宇宙背景放射」と呼ばれるものが正確に測定されたことで、ほぼ正しいと認められている。

さてしかし、「宇宙はビッグバンから始まりましたよ～」と言ったところで、まだ疑問は残る。じゃあ、その前には一体何があったのか、ということだ。もう少し具体的に言えば、「“宇宙の種”みたいなやつは突然どっから出てきたんだよ」ということだ。宇宙がビッグバンによって始まる前には、「何もなかった（それこそ空間すらなかった）」はずなのだから、そんなところになんで“宇宙の種”みたいなものが現れるんだ、と感じる人もいるのではないかと思う。

その疑問に答えてくれるのが本書なのである。というわけで、“宇宙の種”がどんな風に登場したのかを、現代物理学の叡智を結集させて説明していこうと思う。

スタートは、先程話に出した「宇宙背景放射」の観測である。これによってビッグバンが裏付けられたわけだが、もう一つ分かったことがある。それは、「宇宙が平坦である」ということだ。宇宙の形には理論上、「開いた宇宙」「平坦な宇宙」「閉じた宇宙」の三種類があり得るということが分かっていた。「宇宙背景放射」の観測まで、僕らが生きている宇宙がどれに該当するのか分からなかったのだが、観測によって平坦であることが分かったのだ。

しかしそれが困った問題を引き起こすことになる。

現代のテクノロジーでは、「銀河や銀河団の質量を測る」などという、どうやったらそんなことが出来るんだよというような観測が可能になっている。そして理論上、三種類の宇宙のそれぞれにおいて、宇宙を満たす物質の質量がどの程度存在すべきかが分かっている。僕らの宇宙は「平坦な宇宙」であることは間違いないのだが、宇宙の質量を測定すると、「平坦な宇宙」を作り出すのに必要な質量の30％程度しか存在しない、つまり、70％程度の質量が行方不明である（人間が未だに観測出来ていない）、ということが分かったのだ。

僕らの宇宙が「平坦な宇宙」である以上、残りの70％の質量はどこかに存在しなければならない。そこで考えられたのが「宇宙定数」なのだが、この説明のためには「アインシュタインの最大のヘマ」の話をしなければならない。

アインシュタインは相対性理論という素晴らしい理論を生み出したが、その際彼には一つ困ったことがあった。それは、相対性理論が「宇宙が膨張している」ことを導き出してしまうことだ。

何故それが困ったことなのか。僕らは既に、宇宙が膨張している事実を常識として知っているが、実はアインシュタインが生きていた当時、「宇宙は静止しているはずだ」と信じられていたのだ。だからアインシュタインは、自らの宇宙観に沿うように、相対性理論の式に手を加えた。「宇宙項」と呼ばれる定数を組み入れたのだ。この「宇宙項」は、「全空間に一定の大きさの力を組み込むこと」であり、宇宙が膨張しようとする力を、空間が持つ力で引っ張り合って均衡させようとしたのだ。

しかししばらくして、ハッブルが「宇宙が膨張している」ことを発見し、アインシュタインは「宇宙項」を「人生最大のヘマ」と呼び撤回した。しかしこの「宇宙項」は、現在「宇宙定数」という名前で見事復活を果たしている。そして今「宇宙定数」は「空間そのものが持つエネルギー」として理解されており、まさにこれが、行方不明中の70％エネルギーの正体なのではないかと考えられているのだ。

さてでは、この「空間そのものが持つエネルギー」とは一体なんなのか。その説明をするために、天才・ディラックにご登場いただこう。

20世紀物理学の至宝とも言うべき「相対性理論」と「量子論」は、それぞれは完璧な理論なのだが、この両者を統合しようとすると色々と障害が生まれてしまう。宇宙の謎を解き明かすにはこの両者の統合が絶対的に必要であるが、それは非常に困難なものであり、現在でも本質的な意味ではまったくうまくいっていない。

しかしディラックは、この二つをなんとか統合しようと頑張って、ディラック方程式という、相対性理論と量子論を矛盾なく組み合わせることが出来る式にたどり着いた。しかし、一つ問題があった。この方程式が正しいとすると、「電子とそっくりだが符号が逆の新粒子」が存在しなければならなかったのだ。当時そんな粒子の存在は予測も観測もされていなかった。しかしその2年後、実験家がまさにその性質に当てはまる粒子を発見し、「陽電子」と名付けられたのだ。

この発見を端緒として、今では、すべての粒子には反対の電荷を持つ粒子（反粒子と呼ぶ）が存在することが分かっており、反粒子から出来ている物質を「反物質」と呼んでいる。

さてここで、天才・ファインマンの登場である。ファインマンは「反物質」の存在から、「仮想粒子」という考え方を導き出した。これは非常に説明が難しいので、何故ファインマンが「仮想粒子」などという考え方にたどり着いたのかは省略するが、「仮想粒子」というのは、「何もない空間に突然現れる粒子」だと思ってもらえればいい。量子論の基本原理である「ハイゼンベルクの不確定性原理」によって、「ごく僅かな時間であれば、何もない空間に突然粒子が現れることが許容される」ことが分かるのだ。そして実際に、「仮想粒子」の存在を仮定しなければ実験結果の説明がつかない現象（というか、「仮想粒子」の存在を仮定することで、精度10億分の1という、あらゆる科学分野の中で最も正確な予測を導き出すことが出来る現象）も発見され、科学者たちは「仮想粒子」という考え方を受け入れることとなった。

そしてこの「仮想粒子」こそが、「空間そのものが持つエネルギー」の正体であると考えられており、つまり”宇宙の種”ということになるのだ。長い話でしたが、ようやくここで話が繋がりましたね。

この”宇宙の種”が、「インフレーション」と呼ばれる、宇宙の誕生初期にハチャメチャなスピードで宇宙が膨張したとされる現象によって指数関数的に膨張し、現在のような宇宙になった。これが現在正しいと考えられている宇宙論である。

宇宙の始まりに、「神（創造主）」的な存在を持ち出したくなる気持ちは分からないでもない。「ビッグバンによって宇宙が始まった」という説明は、「どうやって」という方法は示してくれているが、「どうして」という理由を説明してはくれないからだ。その「どうして」の部分に何か当てはめるとすれば「神」しかないだろう。しかし現代物理学は、「どうして」の部分に、「無は不安定である」という答えを入れる。本書には、こんな文章がある。

『量子重力は、宇宙は無から生じてもよいということを教えてくれるだけでなく（この場合の「無」は、空間も時間もないという意味であることを強調しておこう）、むしろ宇宙が生じずにはすまないということを示しているように見えるのである。「何もない」（空間も時間もない）状態は、不安定なのだ。』

僕は別に、「神」的な存在がいてもいい、と思っている。しかし「何もない無の状態が不安定だからこそ宇宙は生まれたのだ」と説明される方が、凄く納得感があるし、「何故宇宙が生まれたのか」という問いに対する正しい答えであるように僕には感じられる。著者は、宗教や哲学などの立場から「神」的な存在を支持する人たちと議論する機会が多いようだが、その議論の本質についても本書の中で解説してくれるので、非常に興味深い。

『宇宙が始まる前には何があったのか？』文藝春秋
ローレンス・クラウス／著　青木薫／翻訳