時空の歪みとして捉えられた謎の重力波の存在。世界に衝撃を与えたこの観測事実から宇宙誕生に迫る最新の宇宙論を紹介する話題の書籍『宇宙はいかに始まったのか ナノヘルツ重力波と宇宙誕生の物理学』。
いよいよ話題は「宇宙のはじまりの姿」に迫っていきます！皆さんも「ビッグバン理論」という言葉を聞いたことがあると思います。しかし、当初、多くの天文学者はこの理論を認めませんでした。しかも、その理論の正しさの根拠は偶然に発見されたものだったのです。
＊本記事は、『宇宙はいかに始まったのか』（ブルーバックス）を再構成・再編集したものです。
多くの天文学者が認めなかった「ビッグバン理論」
1948年、理論物理学者のジョージ・ガモフは「かつての宇宙が高温・高密度だった痕跡として、宇宙全体が電磁波放射で満たされてるはずだ」という理論予測を発表しました。そして、「その電磁波放射は絶対温度で5ケルビン（K）の黒体放射である」と予言しました。
ジョージ・ガモフ（AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection）
ここで見慣れない言葉が出てきたので解説します。
まず、「黒体放射」とは、理想的な物質から熱的に放射される電磁波という意味です。たとえば、溶鉱炉でどろどろに溶けた鉄は高温で赤く光っています。これは、物質組成に応じて、特定の波長の電磁波を選択的に放射しているからです。そのような選択的な電磁波放射がないような物体を理想的な物体とよび、そこからの放射を「黒体放射」といいます。
次に、温度表記について説明しておきます。日本での日常生活で用いられる温度の名称は、セルシウス温度です。いわゆる摂氏です。毎年、夏になると「猛暑日」という言葉がニュース記事に登場します。この猛暑日は、その日の最高気温が摂氏35度以上の場合をさします。1気圧下で水の凝固点を摂氏0度と定義し、水の沸点を摂氏100度と定義するものです。
この定義から明らかなように、セルシウス温度は我々が日常生活で用いる場合に便利です。
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一方、温度の物理的な意味は、構成する物質内部における分子の熱的な運動の強さです。温度が高いほど、分子の熱的な運動が激しくなり、温度が下がれば、その運動がおとなしくなるのです。
このことを考慮して、熱力学を用いて温度を定義したものが、「熱力学温度」です。これは、しばしば「絶対温度」とよばれることがあります。
しかし、アインシュタインもかつてそうであったように、天文学者の多くには不変な宇宙像の呪縛があったため、このガモフの理論はなかなか受け入れられず、それを揶揄（やゆ）して、英語で「大きなバン（という音）」の意味を込めて、「ビッグバン理論」（Big Bang Theory）とよんだのです。
絶対温度5ケルビンの黒体放射とは
セルシウス温度における1度の変化は、絶対温度でも1度の変化に対応します。それでは、セルシウス温度と絶対温度の違いは何でしょうか。それは、ゼロ点の定義の違いです。
セルシウス温度では、水の凝固点で0度を定義しました。一方の絶対温度では、物質の完全なる凍結をもって0度を定義します。大まかに言えば、分子の運動が完全に停止する温度として定義するのです。
この絶対温度での0度は、摂氏マイナス273度です。先ほどのガモフが予言した「絶対温度5ケルビン」とは、セルシウス温度に直すと、「5－273＝－268」ですから、摂氏マイナス268度という極低温です。
この温度は非常に低く、絶対温度5ケルビンの黒体放射のエネルギーのほとんどは、マイクロ波の電磁波として存在します。マイクロ波は電波の一種ですが、波長が1ミリメートルから1メートルのあいだの電磁波のことです。
