おもいっきり宇宙

ここのところ、どんどん理論の話になってしまい、宇宙人の存在が遠のいてしまってきている。

フェルミが「何でまわりに宇宙人がいないんだ？」という言葉は、すべてを表しているようで、恐らく正解に近いような気がしている。

最近でも各地でUFOが目撃され、写真も多く撮られているようだが、どれを見ても、それが証拠と言われると、はっきりしない。最近のデジタル画像は簡単に操作できてしまうし...

ところが昔のUFOの目撃談はおもしろい。このポスターは、１９５４年にイタリアの農場で目撃された宇宙人のイラストだ。フィレンツェとペルージャの間にあるチェンニナ（Cennina）という場所で、「チェンニナ事件」として新聞に掲載されたもの。農場から教会に行く途中で、宇宙船とおぼしきロケットと２人の小人の宇宙人に遭遇した夫人の話だ。宇宙人にいろいろ話しかけられたそうだが、そのうち怖くなって逃げ出したらしい。その後、振り返るともういなくなっていたということだ。

それにしてもなぜか信憑性がある。このような形で報道された方が納得しやすいのはなぜだろうか。

なるほど、と思ったら押してね。

以心伝心、とか、虫の知らせのようなことは多くの人が体験していることだろう。特に血の繋がった人や親しい人同士で当てはまることが多い。

普通に考えれば、自分が強く思うほど、それが相手に伝わるのだろうと誰しも思う。とうして伝わるかは別として、とにかく思いは伝わるものだ。それがエスカレートすると、念力やテレパシーという次元になり、今まではややもするとオカルト的なことになってしまう。

ところが最近の宇宙論の話題の中で、特に量子の振る舞いが完全に解明されると、この謎が科学的に説明できるかもしれない。

かつてアインシュタインは、不可解な遠隔作用の存在に頭を悩ませた。それが今で言う、「量子もつれ」（写真はイメージ）と呼ばれる現象である。「量子もつれ」とは、互いに相関を持つ2つの粒子は、たとえ何キロメートルと離れた距離にあっても、同じ運命を共にする現象とされる。この不思議な現象はどんなに距離が離れていても相関を持つ。ところが、最近の研究で、時間的に離れていても相関を持つ可能性が指摘された。

これらが事実だとするとたいへんなことになるが、今までも論じてきたように、量子レベルでは多次元空間を行き来するのが普通だとすれば不可能ということでもない。

人間の遺伝子が親から子へ受け継がれる以上、そこに含まれる微細なものが量子レベルで共有されていると考えれば、人の思いのレベルでお互いに量子もつれの相関を維持している可能性があるわけだ。そうだとすると、距離が離れていようが、多少時間的に離れていようが、情報が瞬時に伝わってくるということである。何とも興味深い話ではないか。


なるほど、と思ったら押してね。

宇宙の始まりはビッグバンだった、という話は結構一般的になっている。ビッグバンが本当だったとして、それでは、ビッグバンはどのように起きたのか。ビッグバンの前はどうなっていたのか。この疑問に答える説明はまだまだ一般的ではない。

その答えが「インフレーション」あるいは「インフレーション」宇宙論と呼ばれるものである。

むずかしい理論抜きで説明して見よう。

宇宙はどうして大きくなったのか。実は、とてつもなく小さいところから現在のような大きな姿になったと推測されている。ところが、その大きくなるまでの時間がとても短かった。

どの位、短かったのかというと−−−
宇宙のホントのホントの始まりの起点を時間０とし、そこから数えて、１０のマイナス３６乗秒から１０のマイナス３４乗秒の間のあたりで、宇宙が急激に膨張した。

インフレーション的な考え方は以前から指摘されていたが、１９７８年にコーネル大学（当時。現MIT）のアラン・グース（Alan Harvey Guth, 1947-）も着想した。グースは、１９８０年代に、宇宙の急激な膨張を、経済学のインフレーションになぞらえ、冗談めかして、インフレーション宇宙論と名付けた。これにより「インフレーション理論」として一般化した。

インフレーション理論が”おもしろい”のは、宇宙の始まりから１秒に満たない微少な時間の間に、量子レベルの細かい次元のミクロな話から、宇宙的な規模までに膨張するマクロな話につながるビッグバンに至るまで、様々なできごとが起こっている点である。

ビッグバン以降、”平穏に”膨張を続ける宇宙は、現在に至るまで”ゆるやかに”１３７億年の時が流れた。ところが、宇宙の始まりから１秒に満たない時間の間に、とてつもなく複雑で不可思議なできごとが目白押しに起こっていたらしいのである。このようにインフレーション的に起きた膨大なできごとを検証しようとしているのが現代宇宙物理学の現状でもある。

インフレーション宇宙論は今でもホットな理論的研究や観測が継続しており、有望な理論ではあるが、それでも完全に解明されているわけではない。宇宙の始まりから、たった１秒に満たない間に何が起きたのか。実ははっきりしていないところも多いのである。たからインフレーション理論が”おもしろい”とも言えるのである。


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さて、この問題について、まとめに入ろうと思う。

最新の超弦理論、Ｍ理論、多次元宇宙論などを理論として正確に理解するには相当な数学、物理学の知識が必要となる。したがって、概念的にはこの辺りまでの説明で一応終了とさせていただきたい。

ただ、この話はここで終わりではない。アインシュタインを筆頭に、先人たちの夢想した統一理論が仮に完成したとしても、宇宙に関する不思議な感覚は解消されない。たとえば、以下のようなことだ。

１　宇宙の始まりのときには、基本的に水素とヘリウムしかなかった（図で言うインフレーション）
２　宇宙の膨張に伴い、恒星や銀河が誕生する前に基本となる元素合成が短期間で行なわれ、その後、さまざまな営みを経て、現在のような宇宙になるのに１５０億年を要したとされる。
３　その間、無機的な元素が組み合わさり、やがて有機的な分子が構成され、生物的な物質が誕生、そして生物が生存できる環境が生まれる
４　しかし、どんなに時間が流れたとしても、水素やヘリウムから、どうやって、犬や猫、人間などが誕生するのであろうか
５　（神のような存在抜きで）誰も介在せずに、人間が経験するような不可思議な人生が営まれるものだろうか

筆者はこのような疑問を抱きつつ、我が家で飼っている猫がじゃれついたり、人間に甘える仕草を見ている。すると頭が混乱してしまうのだ。どうして猫がこのような振る舞いをするまでに至ったのかが、まったく理解できないからである。

宇宙の統一理論が完成し、様々なシミュレーションを行うことができたとしても、果たしてペットの猫のようなものが誕生できるとは到底イメージできないのだ。そのように考えている自分という人間、あるいは、人間が生まれ、考え、行動し、一生を終えるという人生そのものが不思議でしょうがない。

結局、宇宙の仕組みは我々の考えが及ぶべくもない深いものなのだ、と結論付けるしかない。だとすれば、人間として誕生した幸運を神や仏に感謝する以外、何をこれ以上求める必要があるのだろうか。（この項、終り）


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現代の物理学の理論に至るまでには２つの大きな柱があった。

一つは、星や銀河など宇宙的なスケールで説明する一般相対性理論。もう一つは、分子、原子よりもさらに小さい物質の最小スケールを理論化する量子力学である。この２つの理論は、それぞれのスケールにおいて、物事を矛盾なく説明して見せた。

その結果、それぞれの理論はその世界では正しく、誕生から数１０年間は”問題なく両立”していた。ところが、ブラックホールの発見や、ビッグバンの研究が進むにつれ、どうしても避けては通れない問題が浮上してきたのである。

ブラックホールの中心では宇宙規模の莫大な質量が、砂粒以下の小さい規模に凝縮されているらしい。ビッグバンは、砂粒が巨大に見えるほどの小さな固まりから宇宙の膨張が始まり、現在のような姿になったとされる理論である。どちらの場合も、一般相対性理論と量子力学を同時に使いこなす必要がある。しかしながら、双方の方程式を同時に当てはめ考えようとすると、答に矛盾（Anomalies）が生じてくる。それぞれの規模の世界では正しい方程式が、同時に適用すると問題が生じてうまくいかないのだ。

量子力学では、量子は、粒子と波の性質を併せ持つとよく言われる。それ自体、矛盾しているように聞こえる。粒子であり、波である、とはどういうことか。

単純に考えると、物質の最小単位は限りなく小さい０次元の粒子あるいは点であってほしい。しかし波の性質も併せ持つ？それは困る。いったい物質の最小単位は、粒子なのか、波なのか。

その答として有望視されたのが、弦理論（ひも理論）だった。

まず、物質の最小単位は、０次元の点ではなく、一次元の紐（細長いひも）であったら、と考える。そのひもは同時に振動している。おまけに、そのひもは輪ゴムのように輪になって閉じている。その輪に厚みがあるのか、ないのか、あるいはドーナツ型なのか。いろいろ考えなければならない要素はあるものの、いずれにせよ、それが、弦のように振動している。だから弦理論と呼ばれる。しかし、この仮説は、”予想外”にいろいろなことを矛盾なく説明できた。

さて、ここまでは、なんとか無理やりイメージできただろうか。しかし、これから先が難解である。呼び方からして、最近は、単純に弦理論ではなく、「超」が付いて、超弦理論と、超が付いてしまう。「超」の意味こそが難解である。かいつまんで言うと、量子的なレベルでのスピン（回転）の性質と、対称性（＋と−が対になって存在とか）の問題などを説明するために、「超」が必要なのである。（この項、続く）


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地球もそうだが、太陽系の惑星は、太陽の回りを回っている。太陽の質量が、惑星に比べて、とても大きいので、惑星は太陽を中心に回っているように見える。引力は質量に比例するが、もし太陽の引力がなければ、慣性にしたがって、惑星はそのままどこかへ飛んでいってしまう。

さて、もし、太陽が突然なくなるとどうなるか。実際にはそんな突拍子もないことは起きないだろうが、もしも、という仮定だ。実はおもしろいことがわかるのである。

つまり、太陽が突然消えて、引力が働かなくなっても、いきなり惑星が外に飛んで行ってしまうことはない。公転はしばらく続くのである。どの位、続くのか。それは引力が光の速度と同じ速さで作用していることから類推できる。つまり、太陽がなくなってから、引力の作用が光速で到達しなくなるまでの時間、惑星の公転が続くのである。言われてみれば、そうか、と思うが、頭で考えて、いきなりそのイメージを描くのは難しい。

太陽系のような大きな問題で考えると、このような相互作用は、まあ、何とか理解できる。ところが、量子力学における粒子レベルの相互作用はもっと難解である。量子力学では光すら光子という量子単位に落として考える必要があるからである。

さて、量子力学において、「量子もつれ（Quantum Entanglement）」と呼ばれる現象がある。そのままカタカナで、エンタングルと呼ばれることもある。

説明のため、2つの粒子A、Bから成る系を考える。それぞれのスピン量をベクトルとして単純化して考えてみると、粒子A、Bはある時刻においては、それぞれ1/2、-1/2のベクトル量となり、足し算するとゼロになる。量子力学によると、測定結果として1/2と-1/2がそれぞれ確率が1/2で得られるという状態だ。

そして、片方の粒子の測定結果が1/2であれば、結果的に系の状態を保つためには別の粒子は-1/2となる。これは１００％そうなる。つまり、粒子の片方を測定して値が1/2だった場合、もう片方は測定する必要もなく、-1/2となる。つまり相関関係があるのである。

しかし、粒子A、Bは同時刻には空間的に離れた場所にある。どうも時間的な遅れがないようなのだ。ここが太陽消滅問題のようなマクロ的な話と異なる。粒子Aに対する測定結果が、瞬時に粒子Bの結果を導き出す。このような関係は、単純に2粒子間の相互作用と考えるわけにはいかない。

むしろこの結果は量子が持つ特有の性質として理解されるべきである。このような状態が持つ相関が、量子もつれ、すなわちエンタングルと呼ばれる現象である。量子レベルでは、光速という概念すら導入できず、太陽が突然なくなるような相互作用とは異なる原理によって、それぞれの粒子に相関があるようなのだ。

瞬時に相関している光速を超えた関係。これこそ、２つの粒子が別の次元で、つながっている証拠ではないだろうか。（この項、続く）


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なぜ重力が弱いのか。

そもそも重力とは、物体がその質量に比例して受ける力である。質量は物体の重量であり、つまり、重力とは重さを生む力である。物が重いのはあたり前だと思うが、物は分子で構成され、分子は原子で構成され、そして原子は素粒子で説明される。つまり物を突き詰めて考えた最小単位が素粒子と呼ばれるものとなる。

ところが、素粒子はあまりにも小さいので、直接観察することさえできない。観察とは、一般に光や電波の反射の結果として”見える”ものだからである。素粒子には反射という観察レベルは通用しない。したがって、回りの状況から間接的に推察するしかない。そのため、なかなか素粒子の本当の姿がわからなかった。

素粒子レベルの研究では、仮説を立て、それを実験で証明する、という手法が一般的だ。超弦理論、膜宇宙論もそうした仮説から誕生した。現在、注目されているのは、どうも素粒子が消えてしまうという点である。消えても、また現れる。こうした現象を今まではうまく説明できなかった。ところが、３次元＋時間という我々が思っている世界を超えて、別の次元が存在するということであれば、これが説明できるということになった。つまり、素粒子が消えるのは我々が見えない別の次元（５次元）に移動し、現れるのは、またそこから戻ってくるからである。

もし本当に素粒子が消えてしまうのであれば、質量はどうなるのであろうか。質量がなければ重力は発生しない。しかし、消えているようでも重力は存在するようなのである。つまり、消えて別の次元に移動しても、そこからの重力は作用している。しかし次元を超えた”向こう側”から作用しているので全体的に重力は弱くなるということだ。（この項、続く）


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アインシュタイン（写真）の目指した統一理論は、宇宙の森羅万象すべてを説明できるエレガントなものでなければならなかった。しかしながら、相対性理論も持ってしても、それはかなわぬ夢だった。

統一理論（Unification）とは、遠大な宇宙から、微細な量子に至るまでを、あまねく説明できる宇宙方程式のことである。

”統一理論”と呼べるものを最初に示したのは、アイザック・ニュートン（１６４２−１７２７年）である。ニュートンの万有引力の法則は、当時、目にする身近な風景を、概ね説明できる優れた理論であった。我々の肉体レベルで実際に体験できる世界では、雷の稲光と雷鳴の時差で、音速と光の速度の違いを認識する位はできるが、相対性理論が効いてくる光速に近いところで引き起こされる微細な時間のずれは感覚として理解することが難しい。

アインシュタインが相対性理論に至ったきっかけは、アインシュタイン自身が明らかにしているように、ファラデー（Michael Faraday　１７９１−１８６７年）による電磁場理論を元に、マックスウェル（James Clerk Maxwell　１８３１−１８７９年）が導き出したマックスウェル方程式にあるということだ。アインシュタインは、自らの業績について、ニュートンよりも、マックスウェルに支えられたところが大きいと述べている。

しかし、この電磁気の力が曲者だった。相対性理論は、重力や質量について注目しているが、その重力の何と弱々しいことか。電磁石の強大な力や、大した質量を持たなくても、強力な磁石の持つ力は、実際に体験できる。こうした”力”と比較すると、重力は弱いということになるのだ。

この”重力の弱さ”という問題が、後々まで尾を引くことになる。そして統一理論への道につながって行く。（この項、続く）


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米タイム誌が２００７年に選んだ「世界で最も影響力のある１００人」の一人が、アメリカの理論物理学者、リサ・ランドール博士（写真）である。現在、ハーバード大学、プリンストン大学、マサチューセッツ工科大学の各大学の教授であり、終身在職権まで獲得している。女性では極めて異例であり、学会における信用度は相当なものだ。

特に得意とする研究分野は「異次元」。我々の住む３次元空間＋時間の４次元を超えた５次元以上のこと。異次元は、超ひも理論やM理論で、その存在が確実視されており、ランドール教授はそれを実験でも確かめようとしている。やり方は、加速器で素粒子（の一つである陽子）を衝突させ、飛び散ったときに消えてしまうとすれば、それは異次元に消えたという証明になるということだそうだ。

量子力学の世界では、素粒子が、突然、姿を消したり、現れたりする現象が知られている。実に奇妙な現象であり、長い間、研究者の頭を悩ませてきた。彼女は、それを理論的にも証明したとして、一躍名をはせた。ランドール教授が有名となったもう一つの理由は、彼女が、一般的にもわかりやすい説明を得意としている、ということもある。

異次元というキーワードは決して目新しいわけではないが、現実には見えないわけで、あったとしても、それは微細な空間であると考えられていた。しかし、彼女の理論はもっと大胆で、異次元空間は無限の広がりを持ち、我々の宇宙と同じ巨大なものである、とした。

つまり、我々の存在する宇宙空間が、異次元の宇宙と隣接しており、消滅したり、現れたりする素粒子は、別の宇宙空間から行き来しているとすることで説明できると言う。

重力の正体は、物体（りんご）と地球の間に働く万有引力である、という発見をしたのはニュートンであるが、この重力がいろいろな意味で謎だった。なぜ重力だけが、とても弱い力なのか？「弱い力」と言われてもピンとこない人も多いかもしれないが、例えば、こういうことである。

人がジャンプすると、重力に逆らって、飛ぶことができる。人は、宇宙空間の中の微細な生物。その”弱い”はずの人でさえ、重力よりも強い力を発揮できる。何を当たり前なことを、わざわざ難しく説明するのか、と思うかもしれないが、重力とは、かくも簡単に逆らうことができるということである。だから、弱い力、ということになる。

ということで、この弱い力が、実は次元を超えて作用している、というのが、新しい異次元的な考え方である。見えない空間（異次元）から作用してくるのが重力、という訳である。そう言われてみると、なるほど、重力は弱いのかも知れないと思えてくるから不思議だ。

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異次元は存在する (NHK未来への提言)
リサ・ランドール著

火星探査機から、火星表面の写真を初めて電送したのは、１９６４年に火星に接近した米国のマリナー４号である。米国はその後１９７１年のマリナー９号までに、火星表面のおよそ７０％の範囲の写真撮影に成功する。

火星探査機が火星の着陸に初めて成功したのは、１９７３年、旧ソ連の火星探査機マルス３号である。それ以前は、火星に近づいて、そこを通過したり、上空の軌道を回って、観測するだけだった。火星に着陸して、火星表面の写真を初めて電送したのは、１９７６年の米国のバイキング１号である。

写真は、１９７６年から４年間、火星表面で稼働したバイキング２号の着陸機からの画像である。写真の場所は「クリュセ平原」。タイトルは「クリュセ・オーバーフロー・チャネル：Chryse Overflow Channel」と名付けられている。オーバーフロー・チャネルとは、「流れのある川床」という意味。渓谷のような地形が随所に見られる。

火星にはかつて人工の運河があり、今でも建設が行われており、そのため、形が変わると言われたこともあった。しかしその後の観測技術の進歩により、火星には人工の運河は存在しないことが明らかになる。しかし、火星探査機により、火星の表面の地形が詳しく撮影されるようになると、火星には運河はないが、過去、海や水が存在していたことがほぼ明らかになっている。

AFP電によると、２０１０年６月１３日に、約35億年前、火星の表面の3分の1以上が巨大な海に覆われており、そこで生命が誕生した可能性があるとする研究が、英科学誌ネイチャー・ジオサイエンス（Nature Geoscience）に掲載された。


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