定常宇宙論

定常宇宙論：宇宙の始まりを必要としないモデル

定常宇宙論は、1948年、フレッド・ホイル、トーマス・ゴールド、ヘルマン・ボンディによって提唱された宇宙論です。この理論では、宇宙は膨張しているものの、その基本的な構造は時間によって変化しないと主張します。これは、宇宙の膨張によって密度が減少するのを補うため、宇宙空間に絶えず新たな物質が生成されているという仮説に基づいています。

この物質生成の速度は非常に小さく、1立方キロメートルあたり1年間に水素原子1個程度とされています。そのため、この物質生成が直接観測されていないことは、理論上の問題とはみなされていませんでした。エネルギー保存則に反する点はあるものの、定常宇宙論が持つ最大の魅力は、宇宙に始まりを必要としないという点です。ビッグバン理論のような宇宙の始まりを想定する必要がないため、多くの支持を集めました。

銀河の形成：宇宙空間における航海

ビッグバン理論では、宇宙初期の爆発的な膨張によって中性水素が大量に生成され、それが銀河形成の基盤になったとされています。では、定常宇宙論では銀河はどのように形成されるのでしょうか？

定常宇宙論では、銀河は宇宙空間を移動する「船」のような存在です。希薄な中性水素ガスが宇宙空間に広がっており、銀河はその中を移動します。銀河は自身の重力によって周囲の水素ガスを引き寄せ、後方に高密度のガス塊を形成します。このガス塊は新たな恒星を生み出し、銀河の成長に貢献します。銀河の質量が大きければ大きいほど、引き寄せられる水素ガスの量も多くなり、より大きなガス塊が形成されます。こうして、様々な大きさの銀河が定常的に生成され、宇宙の構造が維持されると考えられていました。

定常宇宙論の衰退：宇宙背景放射の発見

1950～60年代には多くの支持者を得ていた定常宇宙論ですが、1960年代後半からその支持は急速に減りました。最大の理由は、1965年の宇宙背景放射の発見です。

宇宙背景放射は、宇宙全体に広がる微弱な電波で、ビッグバン理論の重要な証拠とみなされています。定常宇宙論では、この放射を太古の恒星からの光が銀河内の塵によって散乱されたものと説明しようとしました。しかし、宇宙背景放射は方向による強度の揺らぎが非常に小さく、滑らかな分布を示します。点光源からの散乱光ではこのような分布は説明できず、また偏光などの特徴も観測されませんでした。さらに、宇宙背景放射のスペクトルは理想的な黒体放射に非常に近く、塵の散乱光では再現できません。これらの事実から、多くの宇宙論研究者は定常宇宙論を否定するようになりました。

スティーブン・ワインバーグは1972年の著書の中で、定常宇宙論の予言が観測結果と一致しないことを指摘し、宇宙背景放射が黒体放射であるならば、高温高密度な初期状態からの宇宙進化という考えを否定することは困難だと述べています。

準定常宇宙論と現在の状況

定常宇宙論は、その後提唱された準定常宇宙論（quasi-steady state cosmology）の基礎ともなりました。準定常宇宙論は、ビッグバンが一度ではなく、繰り返し小規模に発生し続けることで物質を生成するというものです。しかし、現在ではビッグバン理論が宇宙の起源を説明する最も有力な理論と広く受け入れられています。ほとんどの天体物理学の研究では、ビッグバン理論が暗黙のうちに前提とされています。それでも、宇宙の加速膨張の発見など、新たな観測結果を説明するために、準定常宇宙論のような修正されたモデルの研究も続けられています。

定常宇宙論は、宇宙論の歴史において重要な役割を果たした理論であり、宇宙の進化に対する様々な考え方があることを示す例として、現在でも研究者の関心を集めています。しかし、現在の宇宙論の主流はビッグバン理論であり、定常宇宙論は非標準的宇宙論として位置づけられています。

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