宇宙の始まりと終わり

ビッグバンとは何か、「爆発」ではなく空間が広がったということ

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宇宙マイクロ波背景放射を測ったプランク衛星の模型 — Photo: Photograph by Mike Peel (www.mikepeel.net). / CC BY-SA 4.0 / Wikimedia Commons

AIによる調査論文と公的機関の資料をAIが調べ、内容を確かめて整理しました（出典は末尾）。

「ビッグバン」と聞くと、真っ暗な空間の一点で起きた大爆発を思い浮かべがちです。でも、宇宙の研究でいうビッグバンはそうではありません。宇宙全体がとても熱く詰まっていた状態から、空間そのものが広がって冷えてきた、という考え方です。

3行でわかる

ビッグバンとは、約138億年前の宇宙が今よりずっと熱く密度が高く、そこから空間全体が広がって冷えてきたという考え方（ビッグバン理論）。
爆発ではないので、宇宙に「中心」はない。どの銀河から見ても、遠くの銀河ほど速く遠ざかって見える。
「ビッグバン」という名前は、1949年に天文学者ホイルがラジオで使ったのが始まり。悪口として付けたという話は、歴史の研究では疑われている。

01 わかっていることビッグバンとは何？

ビッグバンとは、宇宙がかつて熱く詰まった状態にあり、そこから空間全体が広がりながら冷えてきたという考え方です。始まりは約138億年前とされています。

ポイントは「空間の中で物が飛び散った」のではなく「空間そのものが広がっている」ことです。銀河どうしの間の距離が、時間とともにのびていきます[1][5]。

アメリカ航空宇宙局（NASA）の解説も、ビッグバンは空間の一点で起きた「爆発」ではなく、宇宙のどこでも同時に空間が現れたものだとしています[6]。

よくある思い込み	研究でわかっていること
空間の一点で大爆発が起きた	一点の爆発ではない。宇宙のどこでも空間が広がった[6]
爆発の中心がどこかにある	膨張の中心はない。どこから見ても、まわりの銀河が同じように遠ざかる[6]
銀河は空間の中を飛んで遠ざかっている	遠い銀河の光が赤くずれるのは、空間がのびたため。ふつうのドップラー効果では説明できない[5]
光より速く遠ざかる銀河はない	遠くの銀河は光より速く遠ざかっている。それでも相対性理論とは矛盾せず、昔の光は届いて見える[5]
「ビッグバン」は悪口でつけられた名前	名付け親のホイル自身は否定しており、歴史の研究でも悪口説は疑わしいとされる[7]

02 どうやってわかったのかなぜ宇宙が広がっているとわかったの？

遠い銀河ほど速く遠ざかっていることが、1920年代に観測でわかったからです。理論からの予測と観測が合い、今は宇宙の膨張の速さや年齢まで測られています。

わかっているLemaître（1927年発表、英訳1931年、MNRAS）[1]

アインシュタインの重力の理論から、大きさが時間とともに大きくなる宇宙の解を導きました。銀河が遠ざかって見えるのは、この膨張のためだと説明しました。

どうやって: 理論の計算に、当時わかっていた銀河の遠ざかる速さを合わせて考えました。ルメートルは1931年、宇宙はただ1つの原子のような状態から始まったという考えも発表しています[2]。

わかっているHubble（1929年、PNAS）[3]

銀河までの距離と、遠ざかる速さの関係を調べ、遠い銀河ほど速く遠ざかっていることを示しました。

どうやって: 明るさの目安になる星で銀河までの距離を測り、光のずれから速さを測って並べました。当時の距離の目盛りには大きなずれがあり、後に直されています。

わかっているPlanck Collaboration（2020年、Astronomy & Astrophysics）[4]

宇宙の膨張の速さは、約326万光年（1メガパーセク）離れるごとに秒速67.4km速くなる割合でした。宇宙の年齢は約137億8700万年と計算されました。

どうやって: ビッグバンの名残の光（宇宙マイクロ波背景放射）の細かなむらを、プランク衛星で全天にわたって測り、宇宙の模型と比べました。

わかっているDavis・Lineweaver（2004年、PASA）[5]

宇宙の膨張についてのよくある誤解を、教科書や論文の記述から集めて整理しました。遠い銀河の光の赤いずれを、ふつうのドップラー効果とみなす考え方は、超新星の観測から非常に高い確かさ（23シグマ）で否定されました。

どうやって: 一般相対性理論の標準的な計算と、遠くの超新星の明るさの観測を比べました。

03 数字と例えでいうとどれくらい昔で、どれくらいの速さで広がっている？

宇宙の年齢は約138億年です。今の膨張の速さでは、1億光年離れた銀河は秒速約2070kmで遠ざかっています（計算）。地球1周を約19秒で回る速さです。

項目	値	身近な例えでいうと
宇宙の年齢[4]	約137億8700万年	宇宙の歴史を1年に縮めると、1秒が約437年（計算）
膨張の速さ（ハッブル定数）[4]	秒速67.4km／1メガパーセク	1億光年先の銀河は秒速約2070km。地球1周（約4万km）を約19秒（計算）
光の速さで遠ざかる距離	約145億光年（計算）	今の膨張の速さで、遠ざかる速さが光の速さになる距離。これより遠い銀河の昔の光も見えている[5]
今の宇宙の温度[8]	2.725K（約−270℃）	ビッグバンの名残の光の温度。空間が広がって冷えた
名残の光が出たころの温度	約3000K（計算）	宇宙が今より約1100分の1の大きさだったころ。温度は大きさに反比例する

計算は、ハッブル定数67.4km/s/Mpcと、1メガパーセク＝約326万光年を使いました。名残の光が出たころの大きさは、プランク衛星の結果（赤方偏移約1090）から求めています[4]。

04 まだわかっていないことビッグバンについて、まだわからないことは？

ビッグバンの「始まりの瞬間」に何があったのか、宇宙全体は有限か無限か、膨張の速さの測定値がなぜ合わないのかは、まだわかっていません。

始まりの瞬間に何があったのかビッグバン理論が説明するのは、熱く詰まった宇宙が広がって冷えていく流れです。時間の始まりそのものや、その前については、理論も観測もまだ答えを出せていません。
宇宙は何の中に広がっているのかNASAの解説は、宇宙が「何の中へ」広がっているのかを考えることは、ビッグバンの模型の範囲を超えているとしています[6]。
膨張の速さが測り方で合わない名残の光から求めた値（秒速67.4km）と、近くの銀河の距離から求めた値がずれています。測定の問題か、新しい物理が必要なのか、決着していません。

05関連する記事

06よくある質問

ビッグバンは爆発なの？

ふつうの意味の爆発ではありません。空間の一点から物が飛び散ったのではなく、宇宙全体がとても熱く詰まった状態から、空間そのものが広がって冷えてきたという考え方です。NASAの解説も、一点で起きた「爆発」ではないとしています。

ビッグバンはどこで起きたの？

特定の場所ではありません。宇宙のどこでも同時に空間が広がり始めたと考えられており、膨張の中心はありません。どの銀河から見ても、遠くの銀河ほど速く遠ざかって見えます。

銀河が光より速く遠ざかることはある？

あります。とても遠い銀河は、空間の膨張によって光より速く遠ざかっています。物が空間の中を光より速く動くわけではないので、相対性理論とは矛盾しません（Davis・Lineweaver 2004年）。

ビッグバンという名前は誰がつけたの？

イギリスの天文学者フレッド・ホイルが、1949年3月28日のBBCのラジオ番組で使ったのが始まりとされています。悪口としてつけたという話が広まっていますが、ホイル本人は否定しており、歴史の研究でもその説は疑わしいとされています（Kragh 2013年）。

出典

Lemaître, G. (1931). A Homogeneous Universe of Constant Mass and Increasing Radius accounting for the Radial Velocity of Extra-galactic Nebulae. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 91, 483–490.（1927年の論文の英訳） https://doi.org/10.1093/mnras/91.5.483
Lemaître, G. (1931). The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory. Nature 127, 706. https://doi.org/10.1038/127706b0
Hubble, E. (1929). A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. Proceedings of the National Academy of Sciences 15, 168–173. https://doi.org/10.1073/pnas.15.3.168
Planck Collaboration (2020). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics 641, A6. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833910
Davis, T. M. & Lineweaver, C. H. (2004). Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe. Publications of the Astronomical Society of Australia 21, 97–109. https://doi.org/10.1071/AS03040
NASA Goddard Space Flight Center. Cosmology FAQ（John Mather のページ、アーカイブ）. https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/mather/faq/cosmology.html
Kragh, H. (2013). Big Bang: the etymology of a name. Astronomy & Geophysics 54, 2.28–2.30. https://doi.org/10.1093/astrogeo/att035
Fixsen, D. J. (2009). The Temperature of the Cosmic Microwave Background. The Astrophysical Journal 707, 916–920. https://doi.org/10.1088/0004-637X/707/2/916