1776年7月4日、独立宣言が署名されたとき、知られている宇宙は小さかった。認識されていた惑星は5つ（水星、金星、火星、木星、土星）だった。地動説は確立されていた。天の川は空にかかるぼんやりとした帯であり、誰もが知る限り、その帯が宇宙のすべてだった。
250年後、私たちは銀河が何兆ものひとつであり、宇宙が138億年にわたって膨張し続けていること、そしてその内容の95％が目に見えないダークマターとダークエネルギーであり、私たちがようやく理解し始めたばかりであることを知っている。最初の視点から現在の視点への旅は、4つの概念革命の物語であり、それぞれがアメリカの科学によって主導されるか、大きく形作られてきた。
太陽：石炭から核融合へ
1863年、Scientific American は、太陽が燃える石炭の塊であるという驚くほど根強い考えを否定する記事を掲載した。数字はその概念を不合理にした。もし石炭なら、観測されるエネルギー放出率では太陽はわずか5000年しか持たないからだ。同誌は太陽の寿命を1億年から4億年と推定した。まだ短いが、正しい方向への一歩だった。
本当の答えは1920年、アーサー・エディントンが恒星は核融合によって動力を得ており、水素をヘリウムに変換していると示唆したときに来た。1938年、ハンス・ベーテは陽子-陽子連鎖反応とCNOサイクルという実際のメカニズムを解明した。太陽は燃えているのではなく、核融合していたのだ。その核融合により、太陽の寿命は数百万年ではなく、数十億年になる。
エーテル：すべてを変えたヌル結果
1887年7月、オハイオ州クリーブランドの地下室で、アルバート・マイケルソンとエドワード・モーリーは「科学史上最も重要なヌル結果」となった実験を行った。彼らは干渉計を構築し、仮説上の「光を伝えるエーテル」（空間を満たすとされていた invisible な媒体）に対する地球の運動方向に依存した光速の差を測定しようとした。
彼らはまったく差を発見しなかった。エーテルは存在しなかった。
このヌル結果は、1905年のアインシュタインの特殊相対性理論と1915年の一般相対性理論への道を開き、エーテルを空間、時間、重力のまったく新しい概念に置き換えた。アメリカの地で構想され実行されたマイケルソン・モーリー実験は、現代物理学が築かれた実験的基盤だった。
天の川とその先へ
1785年、ウィリアム・ハーシェルは天の川をマッピングし、太陽系を中心とする円盤状であると結論づけた。1918年、ハーロー・シャプレーは球状星団の観測を用いて、太陽系はまったく中心になく、約2万7000光年離れていることを示した。これはコペルニクスよりもさらに深刻な格下げだった。
しかし、既知の宇宙の最も劇的な拡大は1923年に起きた。エドウィン・ハッブルがカリフォルニアのウィルソン山天文台にある100インチ・フッカー望遠鏡を使用して、アンドロメダ星雲を撮像し、個々の星を分解したのである。その中にはケフェイド変光星も含まれており、距離の計算が可能になった。アンドロメダは少なくとも100万光年離れており（後に250万光年に修正）、天の川の境界をはるかに超えていた。それは別の銀河だった。
宇宙は想像を絶する規模で拡大した。天の川を超えるすべてのもの、すべての星雲、すべてのぼんやりとした光の斑点、は、今や別の星の島であると理解された。
膨張から加速へ
1929年、ハッブルは別の発見をした。銀河は私たちから遠ざかっており、遠ければ遠いほど速く後退していた。宇宙は膨張していた。アインシュタインは宇宙を静的モデルに保つために「宇宙定数」を導入したが、それを最大の失敗と呼んだ。
70年間、宇宙学者は膨張が重力の牽引で減速していると想定していた。1998年、アメリカの科学者（ソール・パールマッター、アダム・リース、ロバート・カーシュナー）が率いる2つの国際チームが、独立してその逆を発見した。膨張は加速していたのだ。何かが銀河を押し離していた。その未知の何かはダークエネルギーと名付けられた。
今日、ダークエネルギーとダークマターは合わせて宇宙の内容の95％を占めている。私たちは重力効果を通じてその存在を知っているが、それらが何であるかはわかっていない。
次の250年
2126年、アメリカ建国500周年のとき、視界はどうなっているだろうか？ハッブル宇宙望遠鏡、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、そして今後打ち上げられるナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、ダークマターとダークエネルギーの性質の解明をさらに推し進めると期待されている。過去250年のパターンが続くなら、答えは謙虚なものになるだろう。宇宙は私たちが考えるよりもさらに奇妙なのである。
雅子 訳
Sources
- Lea R. “Space science has come a long way since July 4, 1776. Here’s a look back at the saga.” Space.com, July 4, 2026. https://www.space.com/astronomy/space-science-has-come-a-long-way-since-july-4-1776-heres-a-look-back-at-the-saga