【簡単】宇宙の歴史|宇宙の誕生から恒星の誕生まで

宇宙の歴史|宇宙の誕生から恒星の誕生まで 宇宙
【簡単】宇宙の歴史|宇宙の誕生から恒星の誕生まで

「宇宙の歴史を知りたい。 宇宙はどうやって誕生したの? インフレーションって? ビッグバンとか宇宙の晴れ上がりを知りたい。 物理学って何だか難しそうだな…」

こういった疑問に物理学修士の筆者が答えます。

結論

素粒子の種類は大きく分けて物質を構成する「レプトン」と「クォーク」、そして重力や電磁気力といった力の基である「力の粒子」の3種類が存在します。詳細は本記事にて解説します。

本記事の参考文献

本記事の内容

宇宙の歴史

宇宙の歴史

宇宙の歴史を時系列で「宇宙の誕生」、「プランク時代」、「大統一時代」、「インフレーション時代」、「電弱時代」、「クォークの時代」、「ハドロンの時代」、「レプトンの時代」、「原子核の時代」、「宇宙の晴れ上がり」、「恒星の誕生」に分けてそれぞれ解説します。

宇宙の誕生

宇宙の誕生には4つの説がありますが、どれが真実なのか、もしくはその他に真実があるかはまだはまだわかっていません。

↓さらに宇宙の誕生について知りたい方は↓

プランク時代

プランク時代とは宇宙誕生から10-43秒までの時代をいいます。この時代の宇宙は超極小の超高温状態で、物理学4つの力である重力、電磁気力、弱い力、強い力は統一されていて区別できませんでした。なぜプランク時代と呼ばれるかというと、物理学にはプランク定数という最小を表す定数があり、プランク定数から計算したプランク時間は最小の時間がプランク時間(10-43秒)で、プランク定数から計算される最小の距離がプランク長(10-35m)なのです。

大統一時代

大統一時代とは宇宙誕生から10-43~10-36秒までの時代をいいます。この時代の宇宙は膨張しているため、温度が次第に冷えていきます。温度が冷えていくと区別できず統一されていた4つの力のうち、重力だけが分離した状態になります。
なぜ大統一時代と呼ばれるかというと、4つの力のうち、電磁気力、強い力、弱い力のみ統一した理論を大統一理論というからです。ちなみに電磁気力と弱い力を統一した電弱統一理論(ワインバーグ=サラム理論)はすでに完成しているのですが、この大統一理論はいまだに完成していません。

インフレーション時代

インフレーション時代とは宇宙誕生から10-36~10-34秒までの時代をいいます。とんでもないスピードで空間が膨らんでいき、それに伴いとんでもないスピードで宇宙が冷えていきます。しかし、インフレーションが終わった頃、温度はほぼ0になりますが宇宙の真空エネルギーが解放され始めます。このダークエネルギーによって宇宙は再加熱されるため、これを宇宙の再加熱といいます。この時代から統一されてた3つの力のうち、強い力も分離した状態になります。

電弱時代

電弱時代とは宇宙誕生から10-34~10-12秒までの時代をいいます。この時代ではとても高温のため、クォーク、レプトン、光子、ウィークボゾンなどの素粒子(私たちや宇宙の小さな材料)が誕生します。このように熱くて素粒子で満たされている宇宙をビッグバンといいます。ちなみになぜ素粒子が誕生するかというと、エネルギーが高い空間では対生成と対消滅が繰り返されるからです。対生成とはエネルギーから物質と反物質がつくられ、対消滅とは物質と反物質からエネルギーがつくられることです。

クォークの時代

クォーク時代とは宇宙誕生から10-12~10-6秒までの時代をいいます。宇宙の温度は1000兆度くらいまで下がってくると、いよいよ最後の電磁気力と弱い力が分離します。この時代ではヒッグス粒子が登場し、素粒子たちに質量を与えます。つまり、質量がなかったので今まで光の速さで飛んでいた素粒子たち重くなって、光の速さでは飛び回れなくなります。もちろん光子だけは例外で光の速さで飛べます。

ハドロンの時代

ハドロンの時代とは宇宙誕生から10-6~1秒までの時代をいいます。宇宙の温度は1兆度になり、素粒子の1種であるクォーク同士(私たちの体の一番小さな材料)が強い力によってくっつき始めます。クォークは3つ集まると中性子や陽子になります。ハドロンとは強い力でくっついてできた粒子の総称なのです。

レプトンの時代

レプトンの時代とは宇宙誕生から1秒~3分までの時代をいいます。この時代では、ハドロンと反ハドロンは対消滅でほとんど消えてしまい、電子やニュートリノといったレプトンが主役になります。しかし、宇宙が膨張してさらに冷えてくると、電子やニュートリノの対生成も行われなくなり、対消滅によりほとんどのレプトンも消えてしまいます。つまり、宇宙には少しのレプトン(陽子、中性子)、少しのレプトン(電子、ニュートリノ)が残った状態なのです。

原子核の時代

原子核の時代とは宇宙誕生から3分から20分までの時代をいいます。宇宙の温度は10億度くらいまで冷えて、陽子と中性子がぶつかると合体して原子核を構成するようになります。例えば陽子と中性子がぶつかって重水素原子核ができたり、陽子2個と中性子2個がぶつかってヘリウム4原子核ができました。ちなみにこの中性子と陽子がくっつくのは核融合によるもので、この時代は宇宙のそこらじゅうで核融合が起こるほど高温でした。

宇宙の晴れ上がり

原子核の時代とは宇宙誕生から38万年の時代をいいます。宇宙の温度は3000度まで下がり、電磁気力によってマイナスの電気を持っている電子はプラスの電気を持っている陽子とくっつき、水素やヘリウムといった原子を構成します。ちなみになぜ「宇宙の晴れ上がり」というかというと、それまでの宇宙の光(光子)はすぐに電子とぶつかって、まっすぐ進むことはできませんでした。しかし、電子が原子核につかまったことによって、光子がまっすぐ進めるようになったのです。

恒星の誕生

宇宙が誕生してから数億年後には恒星が誕生します。重力によって水素やヘリウムの原子が集まって圧縮されると核融合反応が起き、恒星が誕生するのです。核融合反応では多くの元素がつくられ、さらに星が最後爆発する際ににも重い元素がたくさんつくられ、宇宙にばらまき、それが新たな星を作るのです。

さらに宇宙について知りたい方
↓中学生から社会人までオススメ↓

↓さらに宇宙を知りたい方はコチラ↓

コメント

タイトルとURLをコピーしました