ショック？パニック？ウェッブ望遠鏡によってビッグバン理論は覆されたのか？

最近、友人が私に、芸術と思想研究所（iAi）に掲載されたオンライン記事を転送してくれました。そこにはこう書かれていました。

人類は巨額の資金を投じてジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を建造し、何年もの遅れの末に宇宙に打ち上げられ、ついに「宇宙の果て」の風景を目にすることができた。送信された宇宙の画像は驚くべきものだったが、最もプロフェッショナルな天文学者や宇宙学者はどうだったのだろうか?これらの画像は理論で予測された宇宙の風景とはまったく異なるため、結果は驚くべきものである。ある論文のタイトルは、「パニック！」という率直な叫びで始まる。これらの画像はビッグバン理論と矛盾しています!論文ではどの理論的予測が矛盾しているかは明記されていないが、新たなデータはビッグバン理論の支持者の間でパニックを引き起こした。 「今では夜も眠れず、自分がしたことはすべて間違っていたのではないかと考えてしまいます」と、カンザス大学物理天文学部の助教授アリソン・カークパトリック氏は語った。

NASA によるウェッブ望遠鏡の軌道の概略図

一見すると、記事はよくまとめられており、業界関係者の意見も引用されており、かなり信頼できる内容のように思えます。しかし、数百億ドルの価値があるウェッブ望遠鏡の将来については人々は心配している。

しかし、実際には、この短いエッセイには間違いや抜けが満載です。できるだけ簡単な言葉で説明しましょう。

01

疑似科学は文脈から外れ、科学者はIDの変更に忙しい

まず、この記事の中で最も不快な部分、つまり業界関係者の言葉を引用して検証してみましょう。 2022年7月27日のネイチャー誌のレポート「ウェッブ望遠鏡による遠方の銀河に関する4つの新発見」の最後に、カークパトリックは引用した言葉を述べた。

しかし！上記の元のレポートから読み取った意味は、iAi が言ったことと大きく異なります。彼女が何を考えているのかを知るために彼女のツイートを見てみましょう。 9月8日、彼女はこう語った。

「最近メディアにいくつか記事を書いたが、これが一番のお気に入りだ！ - Space.com: ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡はビッグバン理論を否定しなかった - 嘘が広まる仕組み」

彼女のユーザー名は「Allison Big Explosion Happened Kirkpatrick」と翻訳されることに注意してください。おそらく、彼女の2つの文章が疑似科学ウェブサイトによって文脈から切り離されて引用された後、彼女の携帯電話に彼女自身の人々からの電話が殺到し、ソーシャルメディアで自分の立場を表明せざるを得なかったためだろう...

興味のある方は、彼女が勧めてくれた噂を打破する記事を読んでみてください。 2つの段落を抜粋して簡単に翻訳します。

「（自然は）正しかった！」カークパトリック氏は語った。 「私は率直に言おうとしています。そして、私が言っていることは本心です。以前の望遠鏡データから得られた最初の銀河に関する知識がすべてではない可能性があり、今では理論を洗練させるためのデータがさらに増えています。」

さらに悪いことに、（iAiの）記事はカークパトリック氏のネイチャー誌へのコメントを引用し、文脈を無視して誤用し、「天体物理学者たちは『ビッグバン』理論が間違っているという考えにパニックに陥っている」という誤った印象を与えている。その記事の著者は、エリック・ラーナー（注: Space.com では「アマチュア科学者」を丁寧な呼び方でこう呼んでいる）という名の独立研究者で、1980 年代後半から「ビッグバン」を否定しており、独自の疑似科学的な代替理論を推進することに熱心である。

「科学を否定する第一歩は、物事を文脈から外すことだ」とマッキンタイア氏はSpace.comに語った。 「2番目は陰謀論です。3番目は論理性のない無関係な発言をすることです。4番目は専門家を利用して専門家の信用を失墜させることです。5番目は科学が信用されるためには完璧でなければならないと主張することです。」

5 番目のポイントに続いて、彼らは自分たちにそれほど高い基準を設けていないことを付け加えておきたいと思います。

02

科学者たちは自分たちの理論が覆されることを恐れているのでしょうか?とんでもない！

iAi によるこのオンライン記事は主要な科学機関の注目を集めることに成功しましたが、これが最初でも最後でもないと私は考えています。では、類似の記事を見た場合、その信憑性をどのように判断すればよいのでしょうか?

細かいことにこだわらず、彼らが使用する「条件」を読んでみてください。本当に不満な点がたくさんあります。詳細を超えて要点を理解するには、「ウェッブ」宇宙望遠鏡自体は「ビッグバン」理論に基づいて設計されており、その赤外線帯域はこの理論の予測に従って定量的にカスタマイズされています。もし理論自体に何か問題があれば、「ウェッブ」は宇宙に行った後、失明することになる。すでにカスタマイズバンドに関する膨大なデータが得られているということは、その理論的基礎が大規模に確立されていることを示しています。

画像出典: nasa.gov

ビッグバン理論に基づいてウェッブ望遠鏡で撮影された写真を使ってビッグバン理論に反論するとはどういうことでしょうか?それはまるで人が宇宙ステーションに送られて無重力の感覚を体験するようなものです。彼は驚きと喜びでこう言いました。「ここには重力がない！これは重力理論が間違っていることを証明している！」 - この宇宙ステーションと彼を送り出したロケットは、どちらも重力理論に基づいて設計されています、いいですか?

本題に入る前に、理解を深めるためにもう少し優しい言葉を述べさせてください。アマチュア科学者が正統派の科学者（ここでは分かりやすくするために、肯定的、否定的な意味合いは含まずにそう呼ぶことにする）に対して抱いている誤解の一つは、アマチュア科学者は科学的成果を守りたいと考えており、既存の理論が覆されるとパニックに陥るだろうと考えていることである。

実際、科学者たちは昼夜を問わずそのことを考え、既存の成果を覆すために懸命に働いています。間違いを訂正するたびに、大きな賞金を獲得してお金を受け取るチャンスがあります。科学者が守りたいのは、科学的思考に他なりません。さらに、もし理論が本当に覆されたら、新しい理論を研究することはより多くの機会を意味し、科学者は非常に幸せになるでしょう。

03

ビッグバン？いったい何が爆発したのでしょうか?

はいはい、それでは本題に入りましょう。ウェッブ望遠鏡はビッグバン理論に基づいて設計・製造されていますが、ビッグバンとは何でしょうか?

1929年、アメリカの天文学者ハッブルは、遠方の銀河はすべて私たちから遠ざかっており、天の川から遠いほど速く遠ざかっているという観測結果を発表しました。

まず、次の質問をする必要があります。銀河が私たちから遠ざかっていることをどうやって知るのでしょうか?星は一定ではなく動いていることは誰もが知っていますが、星と地球の距離に比べるとその動きはまだあまり目立ちません。

画像ソース: webbtelescope.orgv

ここで「赤方偏移」という言葉が出てきます。

前世紀の初めに、人々は多くの星のスペクトルが太陽のものと異なっていることに気づきました。スペクトル線は組成によって異なっていただけでなく、すべてのスペクトル線がより低い周波数の赤色光領域にシフトするという興味深い現象もありました。この現象は「赤方偏移」と呼ばれます。赤方偏移にはいくつかの理由がありますが、最も一般的な理由は天体が私たちから遠ざかっていることです。それが私たちに向けて放射する光、前の波の波源は私たちから N 光年離れており、次の波の波源は私たちから N 光年 + 10 ナノメートル離れています (乱数)。地球上の観測者にとっては、光の波長が長くなり、周波数が低くなり、少し「赤くなる」ことがわかります。

もっと近いところでは、私たちに向かって動いている星や銀河もいくつかあります。この動きにより、スペクトル線は高周波端（青端）に向かって移動します。これを「青方偏移」と呼びます。宇宙では赤方偏移が圧倒的多数を占めています。

ハッブル（物理学者、彼の名を冠した宇宙望遠鏡ではありません）の発見に戻ると、「遠くの銀河が私たちから遠ざかっている」というのは理解しやすく、多くの推論があり、「そうだ、彼らは私たちを嫌っている」とさえ言えるのです。しかし、「私たちから遠ざかるほど、彼らはより速く後退する」とはどういう意味でしょうか?これは、彼らがお互いを嫌い、離れつつあることを示しています。ちょうど風船を膨らませるときのように、風船上のすべての点は互いに離れていきますが、元々離れている点が遠ければ遠いほど、離れる速度も速くなります。

ハッブルの発見から、驚くべき結論を導き出すことができます。現在、銀河は互いに遠ざかっていますが、140億年前に遡ると、銀河は同じ地点から遠ざかっていました。この結論が「ビッグバン」です。

04

私たちはなぜビッグバン理論を信じているのでしょうか?

「ビッグバン」とは、宇宙には始まりがあるということであり、一部の人々には「この世界は創造されたと長い間言われてきた！」と思わせるかもしれません。しかし、一つのことに関して言えば、推測と推論と検証の間で、科学は後者だけを認めます。

「ビッグバンの前に何が起こったのか？」など、「ビッグバン」に関する哲学的な推測もいくつかあります。しかし、宇宙の特性としての時間は、少なくとも私たちの目の前にある宇宙としては、宇宙の出現以前には存在してはならないので、「以前」という概念は存在しません。

ニュートンが万有引力の理論を提唱したとき、彼は宇宙の天体が重力によって一緒に落ちて点になることに気づきました。彼の解決策は、外向きの引力を発揮する無限の天体があると仮定してこの問題を回避するというものだったが、実際にはこれは起こらない。数学的手法によれば、無限の天体は最終的には集まることになる。

「ビッグバン」の理論的な部分はアインシュタインの一般相対性理論から導き出されたものですが、アイ氏は明らかに静的な宇宙を信じる方を好んでいます。彼はまた、一般相対性理論に宇宙定数を追加し、宇宙の安定性を維持するための微調整を行った。 「ビッグバン」理論は進化する宇宙を明らかにし、静的な宇宙という概念に終止符を打ちました。アインシュタインは後にこう言った。「この宇宙定数を追加したことは、おそらく私が犯した最大の間違いだった。」

NASA によるウェッブ望遠鏡の軌道の概略図

「ビッグバン」理論を裏付けるもう一つの観測結果は宇宙マイクロ波背景放射です。 「ビッグバン」の瞬間、その小さな宇宙は密度が高く、白熱していたに違いありません。今日、はるか遠くの「宇宙の果て」を眺めると、私たちはまだ「爆発」の残光を観察できるはずです。宇宙が膨張しているため、この光の波長は大きく伸び、マイクロ波帯に達します。このマイクロ波信号は、宇宙のどの方向を見ても同じです。 1965年、米国のペンジアスとウィルソンは、昼夜を問わず、冬でも夏でも水平方向でも垂直方向で見ても同じ強度を持つこのマイクロ波ノイズを偶然検出し、1978年にノーベル賞を受賞した。

ビッグバン理論を裏付ける観測的証拠は他にもたくさんありますが、その中で最も重要なのは、宇宙に原始的な軽元素（そうです、「水素」ではなく「光」です）が豊富に存在し、大規模な構造や銀河が形成され、進化してきたことです。 **スペースが限られているため、ここでは詳細には触れません。

05

ビッグバンが本当なら、その前に何が起こったのでしょうか?

既知の物理法則のどれも、「ビッグバン以前」（「以前」と言えるのであれば）の宇宙の状態を推測することはできません。なぜ爆発したのでしょうか?どうやって爆発したんですか？宇宙は唯一無二ですか？宇宙の泡は無数にあり、私たちはそのうちの一つなのでしょうか?私たちは巨大なブラックホールの中にいて、それが宇宙だと思っているのでしょうか?現時点では、すべての理論はまだ仮説の段階にあります。

しかし、より確実な部分については、「ビッグバン」理論には興味深い推論がいくつかあります。たとえば、「ビッグバン」は私たちからわずか 140 億年しか離れていませんが、宇宙の膨張により、私たちが知覚できる「宇宙の端」はすでに 460 億光年離れています。宇宙が膨張し続けると、ますます多くの銀河が赤方偏移し、最終的には視界から消えて観測できなくなります。

ウェッブ氏の最初の「宇宙の深部」写真は、赤外線帯域で人類が撮影した宇宙の画像の中で最も鮮明かつ古いものである。画像出典: webbtelescope.org

宇宙の未来はどうなるのでしょうか？宇宙学者はかつて、宇宙には2つの未来があると信じていた。1つは、宇宙の平均密度が一定の臨界密度よりも高くなり、最大体積まで膨張した後、自身の重力に屈し、崩壊のような「ビッグクランチ」が発生するというものである。 2 つ目の見方は、その拡大は今後も減速するが、止まることはないというものである。最終的に、宇宙は膨張しながら冷え続け、徐々に絶対零度に近づきます。これが「ビッグフリーズ」です。

現代の観測によって宇宙の加速膨張が発見されて以来、観測可能な宇宙は徐々に私たちの視界から消えていくだろうと人々は認識しました。いくつかの理論では、基本的な物質は継続的な膨張中に引き裂かれる可能性があると示唆していますが、これを検証または否定するには、より多くの観測証拠が必要です。

私たちの記事はウェッブ望遠鏡から始まったので、もう一度それについてお話ししましょう。ウェッブ宇宙望遠鏡の使命は、宇宙の初期の歴史に関する考古学的研究を行うことです。その使命は、「はるか遠く、はるか昔を観測し、ビッグバンから数億年以内の幼い宇宙の様子をとらえること」である。そのため、ウェッブ望遠鏡の波長帯域は、慎重な理論計算を通じて 0.6 ～ 28 ミクロンに慎重に調整されました。このような定量的な計算は、「宇宙は膨張していない！赤方偏移は光が疲れているからだ！」といったナンセンスではありません。その初期の観測データは、「ビッグバン」理論の基礎を完璧に築いたものでもある。数え切れないほどの科学者たちがこれに興奮しており、宇宙の進化の歴史を明らかにするためのさらなる基礎を提供する、より新しく包括的な発見を期待しています。

著者 |人気科学ライターの屈炫氏は、国立博物館や国家宇宙局などで著作を発表している。

レビュー |劉曦、北京天文館研究員、科学映画監督、作家

この記事は、「科学噂反論プラットフォーム」（ID: Science_Facts）によって作成されました。転載の際は出典を明記してください。

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