この本の要点：宇宙を駆け抜ける、スリリングな大ツアーへようこそ。
宇宙の年齢は138億年です。この気の遠くなるような時間を、サッカー場の長さだと想像してみてください。あなたが一歩踏み出すごとに、約5000万年が経過することになります。
人類の歴史全体が、このサッカー場のどこに当てはまると思いますか？ 答えは、一番端っこ…その幅は、人間の髪の毛の太さほどしかありません。私たち人間は、つい自分たちが重要な存在だと思いがちです。
しかし現実には、私たちは時空のごく平凡な領域にある、取るに足らない銀河の、ほんの片隅に住んでいるに過ぎません。幸運なことに、このツアーでは、私たちが「地球」と呼ぶ岩のかけらから、はるか遠くまで旅をします。著名な天文学者であるニール・デグラース・タイソン、マイケル・A・ストラウス、J・リチャード・ゴットが著した天体物理学の名著、『宇宙へようこそ』の世界を飛び回り、星々、銀河、ブラックホールを訪れ、ちょっとしたタイムトラベルまで体験します。準備はいいですか？ シートベルトを締めて、出発に備えてください！ このツアーで、あなたは次のことを学びます。
- 冥王星がなぜ惑星ではないのか
- すべての銀河の中心に何が存在するのか
- 過去に戻って、自分自身と握手する方法
さて、最初の目的地です。地球低軌道。さらに遠くへ向かう前に、まずは私たちの出発点である地球について、しっかり把握しておきましょう。
まずは、立ち位置の確認から。
生命が宿る、私たちの小さな青い宝石。皆さんの多くにとって、これは初めての宇宙旅行のように感じられるでしょう。しかし実際には、皆さんはこれまでの人生ずっと、宇宙空間をロケットのように飛び続けてきたのです。なぜなら、自覚しているかどうかは別として、私たちは皆、太陽系の中を約10万キロメートル毎時で移動する岩の上に住んでいるのですから。
そういう意味では、地球はそれ自体が、すでに一種の宇宙船なのです。さて、宇宙から地球を眺めながら、皆さん、首をほんの少しだけ右に傾けてみてください。そう、その調子です。それでようやく、私たちはこの惑星を真正面から見ていることになります。というのも、地球は太陽の周りを公転する間、常に23.5度傾いているからです。
1年かけて太陽を一周する間、地球は一定の傾きを保ち、その旅の間中、まったく同じ方向を向き続けています。さあ、今度は地球の縁に目を向けてみてください。忍び寄る影が見えますか？ もうお察しの通り、それは地球上のその地域に夜が始まろうとしていることを示しています。しかし、地球を真正面から見ないと気づかないかもしれませんが、地球は常に、正確に50%が太陽の光に照らされ、正確に50%が闇に覆われています。サマータイムや長い冬、夏至などは忘れてください。それは、この傾きの上であなたがたまたまどこに位置しているか、というだけの話なのです。
南極にいる人々は、12月に24時間日光を経験できます…しかし、地球全体としては？ 例外なく、常に50対50なのです。そして、私たちが空について知っていることすべてを決定づけているのは、まさにこの傾きなのです。
私たちが見る星々から、太陽の通り道まで。多くの人は、正午とは太陽が真上に来ることだと信じています。しかし実際には、もしあなたが米国から見ているなら、一日のうち、あるいは一年のうちのどの瞬間においても、太陽が真上に来ることは決してありません。絶対に起こらないのです。なぜなら、米国では常に太陽をある角度から見ているからです。これは、南半球でしか見られない星座を決して見ることができず、その逆もまた然りであることを意味します。
では、皆さん、傾けていた首を元に戻してください…これで立ち位置が定まり、まっすぐ前を見据えることができました。さあ、太陽系の至宝である太陽から、宇宙ツアーを始めましょう。
太陽。
あれが太陽です！ 地球からは黄色っぽく見えるかもしれませんが、実際には、すべての可視光線をほぼ等しく放射しており、その結果、私たちには黄色ではなく白色の光が見えているのです。しかし、約6000Kという温度で燃え盛る太陽は、普通の白い炎よりもずっと高温です。太陽よりも温度が低い星、例えば温度がわずか1000Kの星は、低エネルギーの赤い光を高エネルギーの青い光よりも多く放射するため、赤く見えます。
ですから、熱スペクトルの反対側にある、例えば30,000Kもある非常に熱い星を見ると、それは濃い青色に見えるのです。しかし、熱くても冷たくても、すべての星はその中心核に一種の熱核融合水素炉を持っています。そして、より熱く燃えるほど、水素をより速く消費します。だから、最も青く最も熱い星は他の星よりも早く死に、寿命はわずか約1000万年しかありません。一方、太陽のようなより冷たい星はゆっくりと燃え、合計で100億年生きます。温度が低いほど、寿命が長くなるのです。
さて、もし太陽を割って、中心部を直接覗くことができたなら、ど真ん中に輝く核が見えるでしょう。それが、先ほど話した熱核融合炉です。それは星の中心部を熱く保つだけでなく、別の驚くべき機能も果たしています。元素の生成です。内部は非常に高温なため、通常の電磁気学の法則は適用されなくなり、水素の陽子は互いに反発し合うのではなく、引き合うようになります。そして陽子同士が引き合うと、衝突が起こります。こうして新しい形態の物質が形成されるのです。
太陽の中心では、毎秒400万トンの物質がエネルギーに変換されています。そして、そのほとんどが水素が融合してヘリウムになるプロセスです。このプロセスは恒星の寿命の約90%の間続き、水素からエネルギーを作り出し、中心核を高温で安定に保ちます。しかし、最終的には、今から約50億年後の話ですが、太陽の中心核にある水素燃料が枯渇し始め、中心核は大部分がヘリウムになっていきます。そして、ここから事態は急速に手に負えなくなります。水素がなくなると、中心核はますます不安定になり、崩壊し始めます。外層に残っているわずかな水素を燃やしながら、ますます高温になっていくのです。
その結果、太陽の外層は膨張し、いわゆる赤色巨星になります。見た目はその名の通り、赤く…そして巨大です。赤色巨星が成長を続けると、中心核はさらに熱くなり、ヘリウムが融合して炭素になり始めます。
炭素は次に酸素になります。最終的に、中心核にはこれらの異なる元素が層状に積み重なった、まるでタマネギのような構造が作られます。しかし、これらの層が成長・膨張し続けると、星全体はやがて燃え尽き、崩壊し、ガスの外層を吹き飛ばして、星の内部にあったものすべてを銀河系に放出します。これが太陽の最期です。つまり、地味な白色矮星としての最終段階へと落ち着くのです。より大きな星の場合、この反応は超巨大になり、超新星爆発を起こし、結果として中性子星やブラックホールにまで崩壊することがあります！ もちろん、地球はこうしたことが起こるずっと前に、ただの黒焦げの燃え殻になっているでしょう。
わずか10億年後には、太陽はすでに地球の海を沸騰させ、大気中に蒸発させるのに十分な大きさに成長し、私たちが知る生命は存在しなくなっているでしょう…そして、この明るい話題のまま、まだ私たちが存在しているうちに、太陽系の残りをざっと見て回ることにしましょう！
私たちの太陽系。
星がその生涯を終えた後に爆発して放出される、重元素を含んだガスは、やがて酸素、ケイ素、鉄などの元素を含む固体の球体を形成することがあります。言い換えれば、地球型惑星です。私たちの太陽系には、9つの──おっと、つまり、8つの惑星があります…
数え間違いについては、後ほど説明します。しかしその前に、窓の外を見てみましょう。私たちの素晴らしい太陽系が提供する、最初の惑星ファミリーのそばを通過していることに気づくでしょう。それは水星、金星、地球、そして火星です。どれも太陽の周りを回る、小さな岩石質の天体です。確かに多くの違いはありますが、それでも太陽系の他の何物よりも、互いに似通っています。
今度は右側を見てください。太陽系の次のファミリーが見えます。これらはまとめて巨大ガス惑星と呼ばれています。木星、土星、天王星、海王星です。繰り返しますが、これらの惑星は確かに互いに大きく異なりますが、どれも大きくて密度が低いという共通の特徴を持っています。そして、みんなのお気に入りの問題児、冥王星がいます。これは惑星なのか、そうではないのか？ この論争に関して、すでにどちらかの立場を取っているかもしれませんね。
冥王星には悪いですが、この星は他の2つの惑星ファミリーのどちらにも当てはまりません。まず第一に、その軌道がまったくおかしいのです。海王星の軌道と交差していますが、これは惑星の振る舞い方としてまったく適切ではありません。さらに、その軌道は他のすべての惑星の軌道面に対して傾いています。これも減点材料です。1992年以来、科学者たちは冥王星のような天体を1000個以上も発見してきました。それは海王星の彼方にある氷天体で、多くは冥王星と似た軌道を持っています。これらの小さな氷天体が集まって、いわゆるカイパーベルトを形成しています。
これらこそが、冥王星の真の兄弟姉妹なのです。冥王星はたまたま、その中で最も大きく、最も明るいだけなのです。さて、お一人か二人、お手元のスター・ブランケットを取り出しているのを見かけましたよ。宇宙が非常に冷たい温度とは無縁でないことにお気づきでしょう。宇宙全体としては、ビッグバンの名残である温度を持っています。ビッグバンでは、宇宙のすべての物質が凝縮され、その後急速に膨張しました。現在、その温度は2.7Kです──そして下がり続けています。データによると、宇宙は膨張を続け、0K、つまり絶対零度に着実に近づいていくでしょう。星は次々と燃料を使い果たし、燃え尽きて空から消え、最後の光がすべて消えるまで続きます。
光と距離。
私たちが太陽系の外へと向かい始めると、どこを見回しても空は明るく輝く星々でいっぱいであることに気づくでしょう。しかし、あなたはそれらについて、かなり多くの誤解を抱いている可能性が高いです。例えば、北極星（ポラリス）は空で最も明るい星だと、よく聞かされてきたでしょう。それは実際には間違いです。
実際には、ポラリスは明るい星のトップ10にも…20にも…30にも入っていません。45位という低位に甘んじています。最も明るいのは、実際にはシリウス、別名ドッグスターです。そして、私たちが速度を上げ始めるにあたり、今こそ距離感覚を掴む良い機会かもしれません。例えば太陽を考えてみましょう。太陽は地球に近いとはいえ、正確には近いとは言えません。
太陽は1億5000万キロメートル離れています。しかし、私たちは通常、距離をキロメートルやマイルで測ったりしません。代わりに、光がその距離を移動するのにかかる時間を使います。光の速度は毎秒30万キロメートルです。太陽から地球までの距離は約8光分です。つまり、光がその距離を移動するのに8分かかるということです。比較のために、私たちの「最も近い」隣人であるアルファ・ケンタウリ星系の星々は、約4光年離れています。
これは、それらの星から私たちが見ている光が、実際には4年前に放射されたものであることを意味します。私たちが宇宙を眺めるときはいつでも、時間を遡って見ているのです！ ところで、私たちが星を見るとき、いったい何を見ているのでしょうか？ 光とは何でしょうか？ 光は光子で構成されており、光子は粒子であると同時に波でもあります。光子が運ぶことのできるエネルギー量は異なり、それが異なる「種類」の光子を生み出します。
光子の種類の一つが可視光線で、人間の目はこれに敏感です。白色、赤色、橙色、黄色、緑色、青色、紫色の光です。そして、私たちの目が敏感でない種類もあります。これには、赤外線、マイクロ波、電波が含まれ、これらはすべて光のスペクトル上で「赤色の下」にあります。そして紫外線、X線、ガンマ線が、スペクトル上で「紫色の上」にあります。スペクトルに沿ってガンマ線に向かうにつれて、各光子に含まれるエネルギーは増加します。皆が紫外線から身を守るために日焼け止めを塗るように言い、X線を撮るときに鉛のブランケットを着用する必要があるのには、理由があるのです！
星について、私たちはまだ表面をかすったに過ぎません。もっと多くのものを見るには、今いる場所よりずっと遠くへ行かなければなりません。しっかり捕まっていてください。
星雲、銀河、そして暗黒物質。
私たちが天の川銀河を駆け抜け始めると、星々が一匹狼ではないことに気づくでしょう。それらは、代わりに集団を形成しています。数百個の星だけを含む集団もあります。その場合、それを散開星団と呼びます。
また、何十万もの星を含む集団もあり、その場合は球状星団と呼びます。どちらの場合も、ある星団内の星はすべて同じ誕生日を共有しています。つまり、それらはガス雲から同時に形成されたのです。前方に見えるプレアデス星団は、おそらく1億年未満の散開星団です。そこは若くて明るい青色の星でいっぱいです。つまり、覚えているかもしれませんが、それは信じられないほど高温であることを意味します。しかし、近くにはもっと温度が低く、赤い星もあります。これが単なる偶然ではないと信じる理由はありません。
熱く始まる星もあれば、冷たく始まる星もあります。星はそうやって生まれるのです！ 次に、私たちは今、オリオン大星雲を通過していることに気づくでしょう。このガスと塵の粒子の塊は私たちの銀河系内にあり、まさしく星のゆりかごです。ここでは現在、約700個の星が誕生の途上にあります！ このような星雲には、死にゆく星の内部で以前に形成された重元素が豊富に含まれています。重力は常にガスと塵を引き寄せ、そこから何かを創造しようと働きます。
ですから、残された元素が時に新しい惑星系になることがあると学んだように、それらが新しい星になることもあるのです！ しかし、これが起こるとき、物質が内側に引き寄せられるにつれて、それは加熱されます。最終的には非常に高温で高密度になり、熱核反応が起こり始めます──そして、ドカン！ 新しい星の誕生です。天の川銀河には、およそ1000億から3000億の星が含まれています。それらは、総直径約10万光年の平らな円盤状に配置されています。中心には、長さ約2万光年にわたって、星がより厚く、塊状に分布している領域があります。
これはバルジと呼ばれています。星形成は、ほぼ例外なく、バルジから放射状に伸びる円盤状の渦巻腕の中で起こります。そして、その腕の中では別の何かも起こっています。私たちが計算できた天の川銀河の質量は、観測できる星の数と一致しません。このことから科学者たちは、宇宙の質量に寄与する暗黒物質の存在を仮定するようになりました。実際、私たちは今、天の川銀河の質量の大部分が暗黒物質の形で存在していると考えています。しかし、それを直接観測したり、それが作られる素粒子を特定したりすることには、まだ成功していません。
暗黒物質も十分に興味深いですが、天の川銀河の中心に何があるのかも同じくらい魅力的です。まさに中心にある星々は、何かの周りを回っています。目に見えず、非常に巨大な何か、太陽の400万倍もの質量を持つ何かです。それが何だか分かりますか？ 次はそれと、その仲間たちについてお話ししましょう。
ブラックホール。
非常に重く、光さえも脱出できない天体。それが銀河の中心にあるものです。もちろん、ブラックホールの話です。大きなバルジを持つすべての大きな銀河の中心には、超大質量ブラックホールが存在します。それには天の川銀河も含まれます。
でも実は、比較すると、私たちの銀河のブラックホールはちょっと弱っちい方です。私たちのブラックホールの質量は太陽のたった400万個分ですが、他のブラックホールは数十億個分もの太陽質量を持つものもあります。 ブラックホールは本当に魅力的な天体です。残念ながら、私たちは実際にブラックホールに行って、内部で何が起こるかを見ることはできません。なぜでしょう？ そうですね、地球上でボールを空中に投げ上げると何が起こるか考えてみてください。
普通は、上がっていって、それから落ちてきます。しかし、もしボールを十分な速さで投げ上げれば、それは地球の重力場を脱出し、二度と戻ってきません。ここで「十分な速さ」とは、時速4万キロメートルの速度を意味します。これが地球の脱出速度、つまり何かがその重力場を脱出するために移動しなければならない速度です。ブラックホールは非常にコンパクトで高密度なため、その脱出速度は光速を超えます。そのため、光でさえも脱出するのに十分な速さで移動できません。さて、あなたは疑問に思うかもしれません：もしあなたがブラックホールの中で休暇を過ごそうとしたら、あなたには何が起こるでしょうか？
ええと、ブラックホールの特定の半径の外側に留まっている限りは、まったく問題ありません。ブラックホールの内側でさえ、すぐに死ぬことはないでしょう。実際には、物事が厄介になり始めるのは、シュバルツシルト半径、別名事象の地平線と呼ばれるものを越えた後のことです。これは、ブラックホールの脱出速度が光速を超える地点です。一度この半径を越えてしまうと、ゲームオーバーです。ただし、ブラックホールの事象の地平線は完全に見えないので、いつそれを越えたのか決して分からないでしょう。
あなたは今まさに、巨大なブラックホールのシュバルツシルト半径を越えているかもしれませんが、まったく気づいていないかもしれません！ シュバルツシルト半径を越えた後、ブラックホールのさらに奥へと進むにつれて、あなたの体は引き伸ばされ始めます。もし足から落下した場合、足はブラックホールの中心にある質量によって下向きに引っ張られます。一方、左右の肩は中心に向かって内側に引き寄せられます。引き伸ばされながら、同時に両側からゆっくりと押しつぶされるのです。まるでスパゲッティに変えられてしまうようなものです。そして、なんと、このプロセスの実際の専門用語はスパゲッティ化現象です。冗談ではありませんよ！
幸いなことに、スパゲッティ化による死は非常に速く、太陽質量30億個のブラックホールではわずか0.09秒です。しかし、私たちはこのプロセスが直接起こるのを決して観測することはできません。外部の観測者は、ブラックホールの事象の地平線の向こうで起こる出来事を一切目撃することができません。それは、地球上のどこに立っても、地平線の向こう側を見ることができないのと同じです。
宇宙の形。
思い出していただければ、私たちはツアーの早い段階でビッグバンの話題に少し触れました。今日私たちが知る宇宙を生み出した物質の爆発について、そしてその宇宙がすべてのエネルギーを使い果たしたときに死に絶えるだろうということを、簡単に話しました。ビッグバンモデルはいくつかの予測をします。科学者として、私たちはそれらの予測を観測結果と比較します。
その結果は、予測がどれほど正確であるかを示してくれます。そしてこれまでのところ、ビッグバンモデルは私たちが投げかけたあらゆるテストに合格してきました。そのような予測の一つは、宇宙は膨張しているはずだというものです。そして、まさにそれが現在起こっていることです。ある意味で、宇宙はレーズン入りパンのようなものです。銀河はレーズンであり、パン生地はそれらの間の空間です。生地はビッグバンの時点では、非常に圧縮された状態で始まり、すべてのレーズンは互いに近くにあります。
生地がオーブンで膨らむにつれて、レーズンは互いからどんどん遠ざかっていきます。個々のレーズンから見れば、他のすべてのレーズンは自分から遠ざかっています。同様に、天の川銀河という私たちの見晴らしの良い場所からは、他のすべての銀河が私たちから遠ざかっているように見えます。実際には、私たちもまた動いているにもかかわらずです。さらに、より遠くのレーズン、つまり銀河は、より近くのレーズンの2倍の速さで遠ざかっているように見えます。なぜなら、その間にある膨張する生地の量も2倍だからです。レーズン入りパンは無限ではなく端があるので、この例えは完璧ではありません。宇宙とは違います。しかし、レーズン入りパンと同様に、レーズン自体、つまり銀河は膨張していません。それらの間の空間だけが膨張しているのです。
しかし、宇宙がパンのような形をしていないとしたら、その形は一体何なのでしょうか？ この問いの鍵は、宇宙がいくつの次元を持つかを理解することにあります。答えは4つです。なぜなら、どんな出来事でも特定するには4つの座標が必要だからです。空間の3次元と、時間の1次元です。
これらの4次元を考慮すると、物理学者アレクサンダー・フリードマンが1922年に行ったように、宇宙をアメリカン・フットボールの形をした図として表せるかもしれません。フリードマンの図では、時間はフットボールの一番下の点でビッグバンによって始まり、一番上で終わります。ビッグバンでは、銀河はすべて互いから飛び去り、フットボールの中央で最大膨張の点に達します。私たちはまだこの時点に到達していません。確認した通り、宇宙はまだ膨張し続けているからです。フリードマンのモデルにおける最大膨張の点を過ぎると、銀河は互いに向かって動き始めます。距離はやがて縮まり、最終的にはビッグクランチとして知られる現象で、すべてが再び互いに衝突します。
この宇宙のモデルは、物事の見方の一つに過ぎません。宇宙がアメリカン・フットボールの形を取らなければならない、と決まっているわけではありません。宇宙は、例えば、ビクトリア朝時代の女性のコルセットのようにも見えるかもしれません。しかし、宇宙がどんな形を取るにせよ、今こそ私のお気に入りのトピックの一つ、タイムトラベルに目を向ける時です。
タイムトラベルとワームホール。
ほとんどのSFで描かれるタイムトラベルには、一つの大きな欠点があります。アインシュタインによれば、タイムマシンを使って過去に戻るためには、タイムトラベラーは光速を超えることができなければなりません。しかし、光より速く移動することは物理的に不可能だと分かっています。けれども、近道をして光に先んじてゴールすることは可能かもしれません。
そうする方法は二つあります。ワームホールを通り抜けるか、宇宙ひもを周回するかです。ワームホールは、湾曲した時空の離れた二点をつなぐ短いトンネルです。存在し得るワームホールにはいくつかの異なるタイプがあります。その一つはブラックホールの内部にあります。これらは理論的には、二つの漏斗をテープで貼り合わせたように、二つの異なる宇宙をつなぐことができます。ワームホールは、二つの漏斗の狭い端をつなぐ中心点のようなものです。
このタイプのワームホールを通り抜けることはできません。なぜなら、光速で移動する必要があるからです。しかし、他のワームホールは通過可能です。私たちはまだそのようなものを発見していませんが、理論的には可能です。これがどのように機能するかをお話ししましょう。トンネルの一方の端は地球の近くにあるかもしれませんが、もう一方の端は4光年離れたアルファ・ケンタウリ星系にあるかもしれません。しかし、ワームホールのトンネル自体の長さはわずか3メートルです。
ワームホールを、穴の開いた食卓として考えることができます。テーブルの上の方に、裏側に行こうとしているアリがいるとしましょう。彼らは長い道のりを、テーブルの上を走り、端を越えて、裏側へ行くことができます。あるいは、ワームホールで旅をして、テーブルの穴に飛び込めば、即座に裏側に出ることもできます。ここでは物理学の法則を何も破っていません。単に近道をしているだけです。タイムトラベルの側面は、ワームホールを重力で引っ張るときに現れます。おそらく巨大な宇宙船を使って。
前の例のように、ワームホールの一方の口が地球の近くにあり、もう一方がアルファ・ケンタウリの近くにあるとしましょう。もし3000年1月1日に、宇宙船を使ってワームホールの口の一つを光速の99.5パーセントの速度で5年間の往復旅行に引っ張り出すと、地球上の人々はそれが5年と少し後に戻ってくるのを見るでしょう。しかしワームホールトンネルの内部では、ほぼ光速で移動しているため、時間の流れは10倍遅くなります。ですから、5年ではなく、ワームホール内部では6ヶ月しか経過せず、したがってアルファ・ケンタウリ側でも同様です。なので、3005年1月10日に地球への帰還時にワームホールの口に飛び込めば、アルファ・ケンタウリには3000年7月1日、つまり4年半前に到着します。それから、アルファ・ケンタウリは通常空間を通ってわずか4光年しか離れていないので、宇宙船に乗り、光速の99.5パーセントで地球に戻れば、4年と少しで戻ってきます。その結果、あなたはおそらく3004年7月8日に地球に到着するでしょう。そもそもあなたがワームホールに飛び込むよりも、6ヶ月前にです。ちょうど、自分と握手して、自分の旅の幸運を祈るのに間に合うタイミングです！
さて、宇宙ひもによるタイムトラベルはどうでしょうか？ 宇宙ひもは、原子核よりも細い、非常に細いひも状のもので、非常にエネルギー密度が高いものです。これらのひもには端がなく、初期宇宙から残されたエネルギーでできています。それらは無限に広がっていることもあれば、閉じたループ状になっていることもあります。スパゲッティとスパゲッティオスのようにです。しかし、これらの宇宙ひもは小さな存在ではありません。非常に巨大であると予想されており、1センチメートルあたり約100京トンもあります。理論的には、ひもによって引き起こされる時空の歪みを利用して、人もタイムトラベルできるかもしれません。しかし、これは二本のひもが十分に接近して、あなたがそれらを周回できる場合にのみ可能です。もしひもが遠く離れていれば、それらを周回するのに時間がかかりすぎます。自分の過去に戻るには時間がかかりすぎるのです。
実際問題として、タイムマシンを作れるような方法で互いにすれ違う二本の宇宙ひもに遭遇する幸運に恵まれる可能性は、非常に低いでしょう。タイムトラベルに関するこれらの複雑な理論をすべて肉付けするには、量子力学に関するはるかに多くの情報が必要です。最も重要なのは、一般相対性理論と量子力学を統合し、タイムマシンを作って過去を訪れることが本当に可能かどうかを理解できるようになることです。おそらく、いつか私たちが発見する物理学の法則によって、それは不可能だと分かるでしょう。しかし、今のところ、ドアは──あるいはワームホールは──まだ開いています。
太陽系外の生命。
私たちはここしばらく宇宙を探検してきました。皆さん、調子はどうですか？ ここまでで、宇宙を構成する物理的な物質と、いくつかのより理論的な概念について、しっかりと理解できたことでしょう。しかし、私たちは最高のものを最後に取っておきました。それは、人類以外にも宇宙に知的生命体が存在するのかという問題です。
私たちが知る生命が存在するためには、いくつかの条件が必要です。リストの一番目は液体の水です。もし惑星が太陽のような恒星に近すぎると、水は蒸発します。遠すぎると凍ってしまいます。もちろん、状況はそれよりもはるかに複雑です。異なる恒星は異なる光度を持っており、それはハビタブルゾーンの大きさが異なることを意味します。
そして、私たちが知る限り、生命を持つためには、恒星の周りを回る惑星が必要です。また、十分な時間も必要です。恒星が作られ、次に惑星が作られ、そして生命が進化する機会を得るために何十億年もかかる時間です。それは、恒星が長寿命でなければならないことを意味します。最も大質量の星は約1000万年しか生きられないので、そういう星の近くで生命が発生する可能性はほとんど絶望的です。これだけでも、すでにかなり多くの要件があります。しかし、まだまだたくさんあります！
特に、私たちが会話できるかもしれない生命、つまり知的生命体について話している場合はなおさらです。しかし、それだけでも十分ではありません。その知的生命体が、宇宙空間の信じられないほど長い距離を越えて信号を送ることができ、かつ、私たちがその生命体をその歴史の正しい瞬間に捉える必要もあります。もし知的生命体がたった1000光年離れているだけでも、その信号が現在私たちに届いているためには、1000年前に宇宙に向けて信号を送信し続けていなければなりませんでした。まだまだ話は尽きません。しかし、この旅の最後の訪問地としては、生命が存在する可能性のある最も有望な候補の一つに皆さんをお連れする方が良いかもしれません。
その候補は、ケプラー62eと呼ばれています。その半径は地球の1.61倍で、恒星ケプラー62から1平方メートルあたりに受け取る放射線量は、私たちが太陽から受け取るよりもわずか20パーセント多いだけです。このことから、この惑星がハビタブルゾーンにある可能性はかなり高いです。ケプラー62eは岩石質か、あるいは海を持つ氷天体かもしれません。よくわかっていません。これは具体的な一例です。では、次にこの問題を数字で考えてみましょう。
幸運なことに、フランク・ドレイクという名の天体物理学者が、この点で私たちを助けてくれています。彼は、現在ドレイクの方程式として知られるものを考案しました。これは、私たちの銀河系内にある生命を維持できる可能性のある惑星の数を推定するのに役立ちます。ドレイクの方程式は、ハビタブルゾーンに惑星を持つ適切な恒星の割合を調べます。では、半径40光年の球状の空間領域を考えてみてください。その球の中には、1000個ほどの恒星があるでしょう。私たちの特定の条件下でドレイクの方程式を使うと、この半径内だけでも平均6個のハビタブルな惑星が見つかる可能性が高いでしょう。
そして忘れないでください。40光年というのは、銀河系全体の広がりと比較すれば微小なものです。ましてや、全宇宙と比べればなおさらです！ 方程式の次の部分は、星間距離を越えて通信できる技術を開発し、かつ私たちが今観測しているまさにその時代に通信を行っている惑星の数を計算することを含みます。ランダムな時間にその特定の段階にある惑星を捉える可能性は、電波を発信する文明の平均寿命を銀河系の年齢で割ったものに相当します。ここで物事が複雑になります。私たちには知的生命体の文明の例が、自分たち自身の一つしかないからです。ある推定によると、電波を発信する文明の平均寿命は12,000年である可能性が高いとされていますが、もちろん他の可能性もあります。ドレイクの方程式に数字を当てはめれば、さあ、通信している文明の推定数が残ります！
ドレイクの方程式にどんな測定値を当てはめるのが最適かについては、多くの異なる解釈がありますが、この本の著者たちは遊び心で、自分たちの最良の推定値を投入してみたところ、天の川銀河には現在、電波で通信する能力を持つ文明が最大で100は存在する可能性があるという結果になりました。しかしながら、現時点では、私たちはそのような文明を一つも発見していません…そして、彼らが私たちを発見したとも思えません。残っているのは、ただ探し続けることだけです！
最後のまとめ
この本の中心的なメッセージは：宇宙は、私たちが普段認識しているよりもはるかに広大で、過酷で、高密度で、そして奇妙なものです。地球が何か特別なものであると、私たちは簡単に思い込んでしまいがちですが、実際には、私たちも私たちの惑星も、他のどこかと大差ない宇宙の一角を占めているに過ぎません。恒星、惑星、銀河、ブラックホール、ワームホール。これらは宇宙の広大な広がりの中に存在する、あるいは存在するかもしれないものの、ほんの一部です。そして、私たちが宇宙と共に成長していくにつれて、私たちは日々、宇宙、時間、そして私たちの存在そのものについて、新しい発見をし続けているのです。
