相対論と宇宙論とは

相対性理論はご存知の通りアルベルト・アインシュタインによって構築され、物理学に革命をもたらした理論です。１９０５年に発表された特殊相対論は、光の速度がどの観測者にとっても不変という衝撃の観測事実を説明するために、運動している人と静止している人では時間や空間が異なると考えた理論です。

人類が長らく抱いていた、時間と空間についての概念を一変させたと言えます。一方、１９１５年に発表された一般相対論は、特殊相対論を重力が含まれるように拡張したものです。その拡張のカギとなったのは、重力は時空のゆがみ(曲がっていること)であるという独創的なアイデアでした。

特殊相対論は仮にアインシュタインがいなくても、誰かがいずれ同じような理論にたどり着いたように思われます。事実、運動している人にとって時間と空間がどのように変わるかという数学的な変換は、特殊相対論に先立ちヘンドリック・ローレンツによって導かれたもので、ローレンツ変換と呼ばれています。

しかし一般相対論の「重力は時空のゆがみ」という発想は、おそらく自然科学の歴史の中でも最も独創的でユニークな発想の一つとも言うべきものです。一般相対論が物理学者の常識となっている現代の学者が想像しようとしても、正直、どうしてこんなことを思いついたのか、およそ見当がつかないレベルのものでしょう。

多くの凡庸な科学者にとっては、こういうところに天才と凡人の間の越えられない壁を感じたりするものだといいます。いずれにせよ、この一般相対論によって時間や空間は永遠不変ではなくダイナミックに変化するものとなり、しかもそれが物理学の法則によって記述できるようになったのです。

宇宙というのは結局のところ時間と空間であるのだから、科学史上初めて、宇宙そのものが自然科学の対象になりうる状況が出現したわけです。この一般相対論をその基礎に置いて、ビッグバン宇宙論は誕生しました。

ということで、宇宙の果てを考える上で相対論を避けて通るわけにはいかないのです。相対論に関する書籍は数多く出版されているので、宇宙論を理解するための最低限の説明にとどめようと思います。特殊相対論の出発点は、「光はなにに対して一定の速度で伝搬するのだろうか?」という問いかけでした。

物体の運動速度を測定することを考えよう。我々の日常感覚では、観測者が静止しているか、あるいは運動しているかで測定される物体の速度は異なります。地面に立っている人にとっての電車の速度と、それに並行して走る自動車に乗った人にとっての相対的な電車の速度は異なるという、誰でも経験することなのです。

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