【科学の本質を探る⑦】インフレーション・ビッグバン宇宙論の謎（その３）行き詰まったインフレーション理論　阿部正紀

ビッグバンモデルの出発点である“火の玉宇宙”の起源を説明するのがインフレーション理論です。さらにインフレーションモデルの最初に“ミニ宇宙”が“無”から誕生したプロセスを説明する理論が作られました。しかし、この「“無”からの宇宙誕生説」は仮説の域を出ないことを前回（第６回）説明しました。今回は、宇宙物理学の標準理論として受け入れられているインフレーション理論が深刻な未解決問題を抱え、行き詰まっていることを明らかにします。

【今回のワンポイントメッセージ】

• 現在インフレーション理論は、観測からも理論的にも行き詰まっている。

暗黒物質、暗黒エネルギー――インフレーション理論が抱える謎

インフレーションモデルによって、従来のビッグバンモデルでは答えられなかった３つの難問に答えることができました。

また、２１世紀の初頭にインフレーション理論に基づいて、宇宙背景放射のわずか１０万分の１程度の揺らぎが見事に説明されました。さらに、このわずかな揺らぎを種とし、そこに原子が凝集して、星や銀河、さらに銀河団などに成長したとする宇宙進化のシナリオが作られています。

このため、インフレーションモデルは宇宙論の標準的モデルとして受け入れられ、宇宙進化を解き明かした画期的な理論として脚光を浴びました。

ところがその背後には、大きな謎が秘められています。上記の揺らぎを説明するために、現在の宇宙を構成している物質のうち、光学望遠鏡または電波望遠鏡で観測できる普通の物質はわずか４％しかなく、９６％は正体不明とされています。

その内訳は、２２％が「暗黒物質」と呼ばれる正体が不明の物質で、７４％が「暗黒エネルギー」と命名された得体の知れない物質です（エネルギーは相対性理論によって物質と等価とされています）。宇宙の物質の９６％は「暗黒」すなわち光らない、見えない、正体不明という謎に包まれているのです。

宇宙物理学の第一人者たちが、次のように述べています。

「暗黒物質と暗黒エネルギーは直接検出されるまではあくまでも『仮定』と言わざるを得ない。・・・どこかで重大な勘違いをしているために、実在しない暗黒物質と暗黒エネルギーで現象を説明しているだけではないのだろうか？」（須藤靖『ものの大きさ―自然の階層・宇宙の階層』東大出版会（２００６年）１５９頁）

「ダークエネルギーの起源も正体も現時点ではまったくわかっていない。ただ、観測を再現するために必要とされているものだ」（池内了『宇宙論のすべて』新書館（２００７年）２４４頁）

このような仮想的な存在を導入しなければならないという未解決問題を、インフレーション理論は抱えているのです。

理論的に行き詰まったインフレーション理論

インフレーション理論は１９８０年代の初めに、素粒子物理学の標準理論である「大統一理論」に相対性理論の重力方程式を結び付けて作られました。

ところがその後、このようなモデルではインフレーションが起こらないことが理論的に明らかにされました。そこで現在は、素粒子論の標準モデルとは切り離して、インフレーションを起こすのに都合の良いモデルが理論家の意のままに作られています。

真空のエネルギーによってインフレーションが起こされるという一点だけを残して恣意（しい）的に作られたインフレーション理論の数が、現在では百にも上ります。そこで、インフレーション理論の数がインフレーションした、といわれています。

さらに、インフレーションが起きたことを示す直接の証拠として報告されていた「宇宙が誕生した直後の『重力波』の痕跡の観測結果」が誤りであることが２０１５年１月に公表されました（参照：２０１５年２月１日付朝日新聞デジタル記事「『宇宙急膨張の痕跡観測』は誤り　国際研究チームが結論」）。

このように、現在はインフレーションのメカニズムを説明する定説がなく、支持する観測データも存在しません。それゆえ、かつてはビッグバンモデルの未解決問題を解明して脚光を浴びたインフレーション理論も、今や仮説の域を出ない状況にあります。

インフレーション理論を最初に提唱した佐藤勝彦は、次のように述べています。

「インフレーション理論は・・・宇宙初期を考えるときの標準的なパラダイムになっています。『パラダイム』とは、完全に証明されたわけではないけれども、ひとつの学問分野として研究者たちがそれを信じて、研究を進めているものと理解していただければよいと思います」（佐藤勝彦『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』講談社（２０１０年）７１、７２頁）

つまり、インフレーション理論は、完全に証明されないまま科学者集団によって受け入れられ、その枠の中で日常的な研究が行われているのです（パラダイムについては、後ほどこの連載コラムで取り上げます）。

【まとめ】

• インフレーション理論には、支持する観測データが存在せず、正体不明の暗黒物質と暗黒エネルギーの存在を仮定しなければならないという未解決問題が存在する。
• インフレーション理論は素粒子論と折り合いがつかないので、恣意的にさまざまな理論が作られている。つまりインフレーションのメカニズムを説明する定説が存在しない。
• 観測からも、理論からも行き詰まっているインフレーション理論が宇宙論の標準理論として受け入れられ、その枠の中で研究が進められている。

【次回】

• 暗黒エネルギーの謎から、さらに深刻な「偶然一致性問題」と呼ばれる未解決問題が生じていることを説明します。

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