・・・次へ 
最初の天体は熱い水素とヘリウムのガスから生まれた。ガスの濃淡がガスの流れを作り出し、流れは渦を巻き、渦の中心は粘性によりガスの濃度が高まり、それが繰り返され重力の強いところを生み出し、そこにガスが流れ込み、巨大な恒星を造った。
第一世代の恒星群は、材料がふんだんにあったため、質量も桁違いに大きく、中心部は高温に達し、核融合反応が速やかに、大規模に進行した。水素原子核（陽子）がヘリウム原子核に、ヘリウム原子核から炭素原子核へと、恒星の中で核融合が進み、安定な鉄原子核までが大量に形成された。
数億年で第一世代の恒星群は超新星爆発を起こし、巨大なブラックホールになった。超新星爆発のエネルギーは重い原子核を作り、宇宙空間に放出した。超新星爆発の爆風（重力波）は周りのガスを吹き飛ばし、超新星爆発の間のガスを圧縮し、多数の第二世代の恒星を生み出した。また、恒星の核融合反応で作り出された炭素、酸素や鉄を宇宙全体に撒き散らした。現在では、長寿命であるが金属元素の乏しい恒星として銀河周辺にある星団などで観測される。第二世代の恒星が超新星爆発の最後を遂げた後にできた恒星は比較的金属元素を多く含み、第三世代の恒星と呼ばれる。太陽は第三世代である。
ブラックホールの重力場は、まわりの恒星を従え、星団を作った。無数の星団はお互いの重力ポテンシャルの凹みに沿って近づいたり、遠ざかったりして、運動した。やがて、複数の星団は融合し、銀河を作った。中心に位置するブラックホールは大量の物質を飲み込み、すさまじいエネルギーを放出した。それがクエーサーとしてビックバンから約10億年後から観察される。星団が融合するときに潮汐力により様々な方向に恒星が振り回され、やがて中心核である超巨大ブラックホールを中心に回転する楕円型や渦巻き型銀河として落ち着いた。わが銀河系の中心核ブラックホールは半径900万キロで太陽の300万倍もの質量をもつ。
ビックバン後の水素ガスの濃淡は恒星の誕生にしたがって強調され、宇宙での恒星や、銀河の分布は泡状構造となった。
+++ 銀河の誕生過程は解明されていない +++
銀河の形は様々です。代表的な形は、古い星が多い「だ円型」や若い星が多い「うず巻き型」です。銀河の形を決めている要素や分布、回転を維持する重力の問題など、多くのことがわかっていません。
最近の観察では予想よりも多くの古い銀河が存在することが明らかになりました。初期宇宙ではこれまで考えられていたよりも速やかに、星が形成されたのでしょう。一般的には、小さな銀河が衝突合体を繰り返して、大きな銀河へと成長すると考えられています。近い将来、いきなり銀河（銀河サイズの星の集団）が形成されたとなるかもしれません。
どの銀河も中心核を持ちます。特に莫大なエネルギーを発生している銀河の中心核を活動銀河核と呼び、その代表格がクエーサーです。近いもので7.8億光年、遠いもので130億光年先に存在します。130億光年といえば宇宙の晴れ上がりの頃です。きわめて小さな領域から普通の銀河の100倍ともいわれる大量のエネルギーを放っています。ブラックホールが銀河の真ん中でまわりの物質を飲み込んでいると考えられています。その量は平均的なクエーサーで、恒星質量に換算して年間10個分。クエーサーは6万個も発見されていますから、大量の物質がブラックホールの餌食になっているようです。
+++ ガスといえども巨大になると重力を持ち、星にまで収縮する +++
宇宙サイズのガスは収縮できるのでしょうか。ニュートンの力学の方程式では質量の間に働く引力は質量の積に比例し、距離の二乗に反比例します。気体分子は軽いし、宇宙規模であればそれぞれの距離も相当なものがあると推測され、ガスが収縮して星になるためには、重力による収縮が温度による膨張に打ち勝つ必要があります。分子雲はそう簡単には収縮できないように思います。
そこで、単にぎゅっと縮むだけではなく、イメージとして流れと渦を入れてみました。流れや渦により濃い部分が強調されるとおもうからです。本当に気体の渦が恒星を生み出すのかわかりませんが、私にとってはなんとなく自然に感じられます。
実際の科学の現場では大型コンピュータを用いたシュミレーションにより、宇宙スケールのガスの状態を計算し、揺らぎが発生すること、揺らぎが成長することが示されています。詳しいことは判りませんが、やがて、映像化され、デレビ画面で見ることができるでしょう。
+++ 低密度でも巨大な分子雲は収縮する +++
微小な粒が太陽系サイズの巨大な雲を作っている場合、密度の高いところが重力の中心になって、そこに向かって微小な粒は落ちるのでしょうか。ニュートンの力学の方程式では質量の間に働く引力は質量の積に比例し、距離の二乗に反比例します。微小な粒は軽いし、宇宙規模であればそれぞれの距離も相当なものがあると推測され、分子雲はそう簡単には収縮できないように思います。実際のところ、力学の方程式があり、その計算結果から収縮可能な分子雲の条件が決められます。宇宙空間で分子雲が収縮せずにいられる最大の大きさをジーンズ長、重さをジーンズ質量と呼びます。詳しくは専門家にお尋ねください。
+++ 宇宙の進化の基本は冷えていくことである +++
宇宙の進化は冷えていくことと関係します。宇宙の温度が下がり、膨張することで、全体として現象は一定方向に流れます。
ただその流れは一様ではなく、あちこちに乱流を作り(素粒子)、構造体（原子や分子）をつくり、構造体は一時的ですが、散逸構造：秩序（星や生命）を作り出しました。宇宙の流れは容赦なく進行し、やがて渦は消えてしまうことでしょう。これが宇宙進化の姿です。現在がもっとも多様な時代で、数百億年もすると、熱力学の第二法則にしたがって、やがて宇宙は熱的死を迎えるのでしょうか。それとも、よく言われるようにもう一度ビックバンのような状態に戻るのでしょうか。
+++ 流体力学は日常世界よく目にする現象を説明する +++
固体・液体・気体のうち、気体と液体を合わせて流体と言います。流体の特徴は形がないことです。流体も固体と同じように力が働きます。例えば風車や水力発電、台風や洪水を想像してみてください。ただ、形がないこと、粘性があることが質点の運動とは違います。
力学というと、大砲から撃ち出された弾丸の軌道について計算するイメージがあります。高校で習うニュートンの法則です。しかし、これらの計算では空気の抵抗などを無視しています。固体である弾丸の代わりに、空気や水を放出するとどうなるでしょう？ 形がないことと粘性をどう取り扱うか考える必要があります。流体力学は身近な液体、気体の運動であることから、重要な応用分野として発展してきました。
流れの現象は大きく分けて層流と乱流とに分けられます。物体表面の流れは、低速では秩序だった層流ですが、流れの大きさあるいは速さがある程度以上になると、流れの中の微細な渦運動が減衰せず発達し、次々に様々な大きさと形状の渦を作るようになります。これが乱流です。乱れは不規則振動です。また、その不規則性の中に規則的な性質の挙動が潜むこともあります。乱流は、運動する流体との境界に発生する摩擦力を増加させたり、流体の混合・熱伝達・燃焼の促進などの効果をもちます。
+++ 熱エネルギーとエントロピーには流れがあり、非平衡状態が出現する +++
エネルギーにも流れがあります。そこには非平衡状態が存在します。高いところから低い方へ水が流れるイメージです。
熱力学的な非平衡系の単純な例は、高温部と低温部があって高温から低温に熱が流れるような例です。高温部と低温部が同じ温度になれば、すなわち、システム内が一定の状態になれば、熱平衡系とよばれます。熱い珈琲が室温と同じ状態になったとき、それが熱平衡系です。さまざまなシステムは、内部の温度差・圧力差・電位差のような非平衡性を解消するように流れをおこします。過程は不可逆です。勝手に元の状態に戻りません。不可逆過程は統計熱力学の本質と密接にむすびついています。熱力学第二法則はエントロピー増大の法則として、不可逆過程を定義づけます。ちなみに熱力学の第一法則はエネルギーの保存則、第三は絶対0度が存在することです。
+++ 非平衡状態が実体化すると散逸構造が誕生することがある +++
流れは乱れを発生させ、乱れは渦や波などの構造を造り出します。熱力学的な流れでも構造が作られます。
熱力学では閉鎖系を取り扱っていました。したがって、系には外側があっても、系に影響は及ぼしません。系の外側を仮定し、その系とエネルギーや物質のやり取りがある場合、その系だけに限って言うと熱力学第二法則が成り立たないことがあります。一定の速度でエネルギーが流れる(変化する)定常状態を仮定します。エネルギーが流れていますから非平衡系です。そのなかに開放系をはめ込むと、エネルギーの流れを取り込み、そのエネルギーを利用して解放系の内部に構造が誕生します。プリゴジンとブリュッセル学派はその構造を散逸構造と呼びました。開放系はエネルギー状態の高い物質やエントロピーの低い物質を取り込んで系の複雑さや秩序を増し（エントロピーを低下させ）、エネルギー状態の低い熱エネルギーやエントロピーの高い物質を捨てています。
単純な物質世界では系の中の小さな揺らぎが発展し、自己組織化して、目に見えるような秩序だった構造になります。いい例ではないかもしれませんが、台風も、山火事も、みんなはじめは小さなエネルギーではじまります。外部からエネルギーを供給され続けると、自己増殖し、臨界点を越すような破壊的なエネルギーまで高まってしまいます。台風の場合は海からの蒸散による熱エネルギーであり、山火事の場合は木々が燃料として供給されることです。
生命体が始めて膜をもち、自らの系を外界と区別したとき、生命体の自己組織化がスタートしました。以後、生命体は宇宙の熱力学的な不可逆過程に逆らうように個々のシステムを精緻にしてきました。
+++ 線形モデルではスーパーコンピュータでも解析できない複雑系 +++
プリゴジンの散逸構造のように、ニュートン力学に代表される線形性を持たないような系を複雑系と呼びます。命名者は物理学者です。複雑すぎて解析不能である（？）ものを彼らはひとまとめに複雑系と呼びました。非常に複雑なものを扱おうとする時、コンピュータが扱えるか＝計算可能な手順を作れるかが問題です。すなわち、計算可能性の問題が出現します。ただ計算量を増やせば複雑な現象を分析できるわけではありません。
複雑系を解析するには適当なモデル系が必要です。乱流はこの３つの特性をもち、従って乱流現象、あるいは乱流力学はその代表と言えるでしょう。
+++ 複雑系の中に思いがけない構造が見つかる +++
複雑系の多くが脳や生態系、遺伝子といった生物システムであり、経済的な活動や言語的な相互作用といった物理的実体を伴わないものです。複雑系は開放性、非線形性、組織性の３つの特性を備えています。最近では複雑系の中に単純な法則を見出す研究が盛んになってきました。創発(emergence)は相互作用をする多数の要素からなる複雑な系の内部に重要なパターンがひとりでに出現するという考え方です。
この種の研究は積み上げることで明らかになるというより、今まで気づかなかった繋がりや類似性を見出すという跳躍性があります。要するに「はっとする」ことです。秩序なき複雑性のうちに意味ある単純性を見出す瞬間。そんな瞬間には深遠な原理に戸惑いさえ覚えます。
つづく
