満足ゆく答えを見つける方法がない。ハーシェルは技術的に偉大な功績を残した。カロラインと長い時間夜空を見上げ、天体を観測した。宇宙の距離を正確に測る方法がなかったのだ。ハーシェルの死後、天体までの距離を測る方法が開発された。年周視差という方法だ。左右の目それぞれで指を見ると、位置が変わるはず。この見え方の違いから、目標物までの距離が分る。手前にある指の位置は、遠くのものより大きく変化する。天文学者ベッセルはこう考えた。太陽を回る軌道上の向きあう2地点で星を観測する。すると星の見かけの位置が変わる。その差を測れば、星までの距離が分る。ベッセルは比較的近い白鳥座61番星を観測し、約100超kmの距離だと求めた。画期的な技術だが限界があった。地球の軌道の直径は3億km、つまり年周視差で測れる距離は約300兆kmまで。天の川のほんの一部だった。距離を測れないものが多いと分かった。星雲の正体は20世紀まで謎のままだったが、論争が激化し答えが出る。「一部の天文学者たちは、銀河は天の川だけだと考えた。球状星団や星雲など、あらゆるものは我々の銀河の中にあると考えた。異議を唱える学者もいた。彼らは星雲の多くは大きな島宇宙で、はるかその奥にあると考えた。どちらにも根拠があった。」この謎は1920年代の初頭まで激しい論争の的だった。問題を解決に導いたのは、表舞台に出なかった科学の英雄。ハーバード大学天文台の女性ヘンリエッタ・リービットは世界中の天文台の画像から星図を作るのがしごとだった。仕事熱心な優れた科学者だ。これはリービットが使った写真乾板の1枚、画像に印をつけて、細かく調べているのが分る。何百もの小さな星を、丁寧に記録した。彼女は独創的な方法を思いつく。宇宙の大きさの解明につながる方法だった。星の本当の明るさを客観的に定義し、対象までの距離を導くのだ。リービットが目をひいたのは、夜空で瞬くセファイド変光星。彼女は変光星の明るさと、点滅する周期の関係に気付いた。2つの星は同じ速さで点滅している時、本来の明るさは全く同じ。見かけの明るさが違えば暗い星がもう一方よりどれだけ遠いか計測できる。彼女うにはセファイド変光星の本当の明るさが分った。この方法なら、遠くの星でも距離を測ることができる。望遠鏡が使えず、研究を進められない。天文台では女性は使用を禁じられていたのだ。彼女の発見によって謎の星雲の位置が分る。天の川銀河が宇宙の全体だという考えが崩れようとしていた。宇宙の大きさは、実はかなり最近まで分っていなかった。1920年代まで、誤った説が支持されていた。“宇宙は天の川銀河である”と。米国をはじめ世界の有名な天文学者たちには、それを説く根拠もあった。決着をつける証拠を見つけたのは、新しく開発されたフッカー望遠鏡だった。ウィルソン山天文台に作られた望遠鏡だ。最新技術の望遠鏡と、リービットの画期的な距離の計算法、この2つを用いて、若き研究者が宇宙観を変え、永遠にその名を残す。天文学者エドウィン・ハッブルだ。ハッブルはリービットとまるで違い、外交的で自信家、目立つ人物だったが、優秀で想像力のある科学者でもあった。米国生まれだが、英国で暮らし、英国の影響を受けていた。天文台を歩きまわって、叫ぶ時は英国の言い回しや訛が出たようだ。才能と情熱があり、変わり者の彼はやがて天文学者の間で認められる。1923年の発見がキッカケだ。アンドロメダ星雲の中にある星を見つけ、宇宙の大きさを明らかにした。ロンドン大学天文台、スティーヴ・フォーシー博士に、ハッブルの発見を見せてもらう。「アンドロメダの座標を入力する。(0時43分)」ハッブルと助手のハマソンは、長い時間をかけ、アンドロメダを研究した。現在は瞬時に見つけられ、詳しい写真も撮れる。「ハッブルが最初に見つけて謎を解いた変光星。リービットの方法があったから距離を測れた。これが変光星だと分り、本当の明るさを求め距離を出した。星雲が何百万光年も遠いと分かった。コントラストを変えて詳しく見よう。ダストレーンが見える。何10億もの星の中にある塵の帯だ。」アンドロメダの変光星を見つけ、ハッブルは変光周期を測った。リービットの計算法を用い、正確な距離を出した。これはハッブルが変光星に印をつけた写真乾板、これを使いアンドロメダが遠くにあると計算した。天の川銀河の終端より何倍も遠くだ。アンドロメダは1つの島宇宙だった。星の集まる巨大な銀河だったのだ。現在アンドロメダまでは250万光年以上だと分かっている。私達が見ているアンドロメダの光は、人類が進化する前に発せられた光なのだ。現在はハッブルが夢見たようにアンドロメダを観測できるアンドロメダ銀河には、1兆以上の星があるとみられている。この銀河も宇宙に散らばる無数の銀河の1つにすぎないのだ。1923年まで、天の川銀河が宇宙全体だった。1924年には実際の宇宙が、何10億倍も広いと分かった。想像を超えるほども複雑だということも。ハッブルは私達の銀河系以外に多くの銀河があり、宇宙が広いことも明らかにした。宇宙全体は見えなかった。して私達の宇宙の大きさも形も謎のままだった。宇宙全体を解き明かすには、観測だけでは足りなかった。強力で斬新な論理で宇宙の不思議な特性を説明できる数学が必要だった。Warwick)「宇宙を理解するには、まず観測をするだろう。結果から全体像を描く。何を描きたいかわかっていないと観測の対象や意味が分からない。科学の対象や意味が分からない。科学の進歩に新しい数学が貢献することはよくある。」その新しい数学の理論は、人々の常識と大きくかけ離れていた。そのため数式になるまで2000年以上もかかった。この変わった数学は、1度受け入れられると、空間という概念に大革命を起こした。空間とは何か?例えば“この部屋の空間は広い”とか“限られた空間”などという。空間とは、中身がある時だけ存在し、何かに囲まれた時意味を成すのだろうか。2つの物の距離を考えてみよう。対象物を取り除いても間隔は存在するのか?始点と終点がないとしたら?距離と何だろう?質問を言い換えると、空間自体には形があるのか?構造を持つのか?それとも単に現象が起きる場か?空間の特性を初めて示したのは2000年以上も前の数学者ユークリッド、著書『原論』で定義した。彼は空間の簡潔な論理規則を定めた。ユークリッド幾何学と呼ばれている。Stewart「ユークリッド幾何学は日常に反する。四角い部屋の中には多くの直線や直角がある。窓の両端は平行になっている。その線を伸ばしても決して交わらない。他にも観察すると、三角形を描いた場合、内角の和は180度になる。これがユークリッド幾何学、絶対的な規則だと考えられていた。」2000年間数学者たちは彼の規則を信じてきた。ユークリッドの規則は数学だけでなく、現実の世界でも真だと考えられていた。平行線はどこまでいっても平行であり、その三角形も、内角の和は180度だと思っていた。奇妙なことに常に真ではない。今から約250年前、ドイツの町に、ある数学者が生まれた。ユークリッド幾何学を解明する頭脳と独創性を持ち、空間に対する認識を変えた人物、カール・フリードリヒ・ガウス。彼は多くの難問に挑んだ。若い頃からユークリッドの規則を研究し、本当に絶対的なのか疑問を持った。曲がった空間には別の幾何学が存在しているようだった。ユークリッドとは違う規則だ。球体の表面では、三角形の内角の和は180度とは限らない。多くの研究から多くの理論が発展した。最大の功績は、曲率の正確な測定法を見つけたこと。“驚異の定理”として知られている。離れてみれば三次元だと分かっているが、表面にいたらどうだろう。曲面だとは分からない。あなたがアリで、北極を出発したとする。南を向いたまま赤道に向かって進んでゆく。赤道に着いたら南極に顔を向けたまま赤道に沿って横に歩く。その後後ろ向きで北極へ戻る。顔は南極を向いたまま北極へ戻るのだ。出発点に戻ると、見ている方向が違う。これを理解すれば、球体を離れることなく曲率を測れる。成立するのは二次元の曲面の時だけ。ガウスの優秀な生徒リーマンが、これを発展させる。私達のいる三次元の世界に適用した。それはあまりにも斬新で、一般的には奇妙に聞こえる概念だった。26歳のリーマンは、幾何学の新しい考えを発表する。この講義は数学界の伝説となった。1854年6月、彼の講義は出席者を引きつけた。ガウスの曲面に関する理論を発展させて一般化したのだ。二次元の曲面だけでなく、多次元の空間に適用できることを示した。多次元の曲がった空間とは何なのか?ガウスは二次元の曲面を扱った。紙は平面、つまり二次元、曲げると湾曲しているのが見える。私達が三次元にいるからだ。三次元のものを曲げた場合、四次元にいないと見えない。やって四次元の空間を作るのか。三次元の世界から出ることはできない。宇宙をどんなに遠く旅しても、三次元の世界の中だ。リーマンは曲がった空間は、四次元空間にいなくても見られることを示した。内側から見られるのだ。リーマンにとって純粋に数学的な考えだった。アインシュタインがこの数学を取り入れる。現実の空間に非ユークリッド幾何学を適用してみせたのだ。非ユークリッド幾何学の大きな功績は、数学を現実世界につないだこと。ユークリッド以外の幾何学を数学者たちが探したことが始まりだった。彼らに探求する理由を聞いても、ただ興味深いからだと答えただろう。して彼らはユークリッド以外の幾何学の存在を見つけた。現実には応用していない。時が来てこの理論を使ったのがアインシュタイン。数学の奥義が突然科学に不可欠な理論になった。アインシュタインは世界がユークリッドの平面ではなく、ガウスたちの言った曲がった空間だと示した。