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はじめの3分間

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理論によって解明されつつある宇宙の幕開け

宇宙の枠組みがいかに進化してきたかという研究には、アルバート・アインシュタインの提唱した一般相対性理論が大きな力を発揮しますが、宇宙の誕生の瞬間にせまればせまるほど、より小さく、ミクロの世界を対象とした物理学が必要となってきます。そのために使える力強い道具が、素粒子物理学であり、量子力学です。

宇宙の主役は水素、そしてヘリウム

現在の宇宙にある物質は、およそ3:1の重量比率の水素とヘリウムで構成されています。他の物質は、水素やヘリウムに比べれば、ごくごくわずかに過ぎません。この構成比率はいったいどのようにして決まったのか。その謎を解く鍵は、宇宙初期にあるのです。ビッグバンで宇宙が始まり、高温高圧の宇宙が急激に冷えていく過程で水素やヘリウムが生成されていったのです。原子核物理学は、その過程を解き明かし、元素の構成比率を説明することに成功しています。

はじめの3分間」で宇宙の基礎ができあがった

アメリカのスティーブン・ワインバーグは、誕生の100分の1秒後からの宇宙のようすを理論的に組み立て、研究者以外の人のために『宇宙創成はじめの3分間』という著書をあらわしました。それによれば、誕生の100分の1秒後の宇宙は、超高温(1,000億度)・超高密度で、大量の光子、ニュートリノ、電子の中に、少数の陽子や中性子が混じった混沌とした状態でした。3分46秒たつと温度が9億度まで下がり、ヘリウムや水素の原子核の結合が安定してきます。このあと、長い時間をかけて宇宙が冷えていき、銀河のもとになるガスができてくるのです。