テレビの砂嵐に、宇宙の始まりが映っていた。

編集・制作：未知なる宇宙科学 ARCHIVES 編集部

テレビの砂嵐に混ざる、宇宙最初の光「宇宙マイクロ波背景放射」とは

放送が終わった深夜のテレビ。チャンネルが合っていない画面に広がる、白と黒の粒子が無秩序に踊る「ザーッ」というノイズ。子どもの頃に、あれをじっと眺めて少し怖くなった記憶のある方もいるかもしれません。

実は、あの砂嵐のおよそ1%は、138億年前の宇宙が放った「最初の光」でできていたとされています。比喩ではなく、物理的な現象としての話です。

私たちは、宇宙が生まれてまもない時代の光を、自宅の居間で受信していたことになります。本記事では、その光が何であり、どのように発見され、いま何がわかっていて何がわかっていないのかを、順を追って整理します。

「宇宙には始まりがあった」という考えが受け入れられるまで

20世紀の前半まで、多くの科学者は宇宙を「永遠で、変わらないもの」と考えていました。始まりも終わりもなく、ただ存在し続ける。それが当時の一般的な理解でした。

その見方に最初の修正を迫ったのが、1929年の天文学者エドウィン・ハッブルの発見です。彼は、遠くの銀河ほど速いスピードで地球から遠ざかっていることを突き止めました。

すべての銀河が私たちから遠ざかっていく。これは、宇宙そのものが膨らんでいると考えると説明がつく現象でした。

ここで一部の物理学者が、ある推論を立てます。もし宇宙がいまも膨張しているなら、時間を巻き戻せば、すべては一点に集まっていたのではないか。つまり宇宙には始まりの一瞬があり、すべての物質とエネルギーが極端な高温・高密度に凝縮した状態から始まったのではないか、という考えです。

後にこの説は「ビッグバン（大爆発）」と呼ばれるようになります。

「ビッグバン」という名前は、批判する側がつけた

この名前の由来には、皮肉な経緯があります。「ビッグバン」という言葉は、この理論に反対していた科学者フレッド・ホイルが、ラジオ番組でからかいを込めて口にしたものだと言われています。「ドカンと一発、などというのはばかげている」という趣旨でした。

ところが、批判のために生まれた名前は、やがて理論そのものを指す呼び名として定着していきます。残された課題は、138億年前の出来事をどう確かめるか、という点でした。

宇宙が「透明」になった瞬間に生まれた光

ビッグバン理論が正しいとすれば、生まれたての宇宙は、太陽の中心よりもはるかに高温の、明るいプラズマで満たされていたはずです。ここからは、その光がどのように解き放たれたのかを見ていきます。

誕生から約38万年間、宇宙は不透明だった

誕生直後の宇宙は、あまりに高温でした。原子核と電子はバラバラに飛び交い、光（光子）は電子に何度も跳ね返されて、まっすぐ進むことができません。霧の中のヘッドライトのように、光はあってもどこへも届かない状態です。この時期の宇宙は、いわば不透明でした。

ところが宇宙が膨張するにつれて温度は下がっていきます。誕生から約38万年後、温度がおよそ3000度まで下がった時点で、決定的な変化が起きたとされています。

自由に飛び回っていた電子が原子核に捕まり、「原子」ができたのです。光をさえぎっていた電子が減ったことで、宇宙は透明になりました。それまで閉じ込められていた光が、このとき一斉に進めるようになります。生まれてまもない宇宙が放った、最初の自由な光です。この出来事は「宇宙の晴れ上がり」と呼ばれています。

138億年かけて、光は電波にまで冷えた

その光は、138億年という長い時間、膨張し続ける宇宙の中を進んできました。空間が引き伸ばされるにつれて光の波長も引き伸ばされ、もとは目に見える可視光だったものが、やがて目に見えないマイクロ波へと変わっていきます。

かつて3000度だった光は、いまや絶対零度（マイナス273度）からわずか2.7度、つまりマイナス270.4度ほどの冷たい電波として、宇宙のあらゆる方向から降り注いでいるとされています。

これが「宇宙マイクロ波背景放射（CMB：Cosmic Microwave Background）」です。ビッグバンの痕跡として、いまも宇宙全体に残っている光だと考えられています。

発見のきっかけは、消えない雑音だった

1964年、アメリカの研究者ペンジアスとウィルソンは、巨大なアンテナでどうしても消えない奇妙なノイズに悩まされていました。どこにアンテナを向けても、昼夜や季節を問わず、同じ「ザーッ」という雑音が聞こえます。

二人はアンテナに巣をつくった鳩を追い払い、フンの掃除までしました。それでもノイズは消えません。原因不明だったこの雑音の正体こそ、ビッグバン理論が予言していたCMBそのものでした。この偶然の発見は、後にノーベル物理学賞の対象となります。

そして冒頭の砂嵐の話につながります。アナログテレビが拾う「ザーッ」という雑音の一部は、このCMBだとされています。古いテレビは、意図せず宇宙初期の光を受信する装置の役割も果たしていたわけです。

わずかな「ムラ」が、星や銀河のもとになった

CMBの研究は、いまも宇宙論の主要なテーマであり続けています。

人工衛星（COBE、WMAP、そして欧州のプランク衛星）が描き出したCMBの全天マップを見ると、それはまだら模様をしています。赤と青のグラデーションで示されるのは、初期宇宙のごくわずかな温度の「ムラ」です。

そのムラの大きさは、わずか10万分の1度ほどとされています。ほぼ完全に均一でありながら、確かに揺らぎがある、という状態です。

この小さなムラが、その後の宇宙にとって重要な意味を持ちました。少しだけ密度の高い場所に物質が重力で集まり、やがて星となり、銀河となり、銀河団になっていったと考えられています。赤と青のまだら模様は、いわば後の宇宙の構造のもとになった分布を示しているといえます。私たちの太陽も地球も、もとをたどればこのわずかな揺らぎから生まれたことになります。

まだ答えの出ていない問い

一方で、CMBは多くの謎も残しています。わかっていることと並べて、未解決の問いも整理しておきます。

• 宇宙の組成：CMBの精密な分析から、宇宙を構成する「ふつうの物質」はわずか5%程度とされています。残り27%は正体のわかっていないダークマター、68%は宇宙を加速膨張させているとされるダークエネルギーだと考えられています。つまり宇宙の95%が何なのかは、まだわかっていません。
• 地平線問題：遠く離れた宇宙の両端が、なぜ同じ温度なのか。情報が伝わるには遠すぎるはずなのに、なぜこれほど均一なのかは、未解決の問いとされています。
• インフレーション：この問題を説明するため、誕生直後の宇宙が一瞬で急激に膨張したとする理論が提唱されています。ただし、その証拠とされる原始重力波は、いまも探索が続いている段階です。

CMBは、最も古い光であると同時に、最先端の問いが集まる対象でもあるのです。

まとめ：いまも私たちの周りに降り注ぐ「最初の光」

いま、あなたの周りの空間にも、CMBは降り注いでいます。1立方センチメートルあたり、およそ400個の138億年前の光の粒子が、この瞬間も体を通り抜けているとされています。スマートフォンを持つ手にも、窓の外の空にも、その光は満ちていることになります。

体をつくる炭素や酸素も、もとをたどればあの高温・高密度の初期宇宙から始まったと考えられています。その意味で、私たちはビッグバンの歴史と地続きの存在だといえます。

最後に、本記事の要点を整理します。CMBは、宇宙が誕生から約38万年後に透明になった瞬間に解き放たれた光が、138億年かけて電波にまで冷えたものだとされています。その発見は偶然の雑音から始まり、ノーベル賞につながりました。そして、そこに記録されたわずかな温度のムラが、星や銀河のもとになったと考えられています。

同時に、宇宙の95%を占めるダークマターとダークエネルギーの正体、地平線問題、インフレーションの証拠といった大きな問いは、いまも残されたままです。CMBがすごいのは、宇宙の始まりを今に伝える「最古の証拠」でありながら、未解決の問いを次々と突きつけてくる点にあります。古いテレビの砂嵐に紛れていたあの雑音は、その問いの入り口でもあったのです。