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宇宙はどのように始まったのかーー これまで多くの物理学者たちが挑んできた難問だ。火の玉から始まったとするビッグバン理論が有名だが、未だよくわかっていない点も多い。 【写真】「ビッグバン」の前に何が起きていたか…「宇宙の起源」のナゾを解く そこで提唱されたのが「インフレーション理論」である。本連載では、インフレーション理論の世界的権威が、そのエッセンスをわかりやすく解説。宇宙創生の秘密に迫る、物理学の叡智をご紹介する。 *本記事は、佐藤勝彦著『インフレーション宇宙論　ビッグバンの前に何が起こったのか』(ブルーバックス)を抜粋・再編集したものです。

枝分かれした「四つの力」

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ここからは、インフレーション理論がどのように生まれたのかを見ていきましょう。 私がこの理論を考えたきっかけには、素粒子についての理論である「力の統一理論」がありました。そこで、まずは力の統一理論について簡単に説明しましょう。ここからの話は少し難しくなります。これまでいろいろな宇宙論の本を読んできた読者のみなさんにも、この力の統一理論の話になると急に難しくなって挫折してしまったという方が多いかもしれません。この本ではそういうことがないよう、できるだけやさしくお話ししていくつもりです。 さて、私たちの世界に存在する物質が加速運動しているとき、そこにはつねに、力が働いています。すべての力は基本的に、四つに分類されると考えられています。これらの力のことを「四つの力」といいます。 その四つの力とは、万有引力として知られる「重力」、電気や磁石の力である「電磁気力」、原子核の中で働いている「弱い力」と、「強い力」です。弱い力、強い力とは、原子核の中で働いている二つの力のうち弱いほうの力、強いほうの力という意味で、現在では固有名詞になっています。このうち強い力は、湯川秀樹先生が見つけた、中性子と陽子を結びつける力で、原爆や水爆のエネルギーを出す力でもあります。弱い力というのは、中性子が電子(ベータ粒子)と反電子ニュートリノを放出して陽子になったりする、「ベータ崩壊」という変化を導く力です。 それぞれ別々のふるまいをするように見えるこれら四つの力を統一して、一つの力の法則にしようというのが、力の統一理論という考え方です。たとえば、ジェームズ・マクスウェルは1864年にマクスウェル方程式を導き出し、それまでは別の力と考えられていた電気の力と磁気の力が同じ一つの力であることを示しました。同じ力であるということは、同じ理論で説明できるということです。このようにして、いずれは四つの力をすべて一つの理論で説明することができるのではないか、という考え方なのです。アインシュタインは晩年、プリンストン大学で、力の統一理論の走りというべき統一場(電磁気力と重力の統一理論)の研究に、一生懸命に取り組んでいました。彼が成功しなかったために、この理論は「アインシュタインの夢」ともいわれています。