2013年10月18日金曜日

異次元の存在の意味

 ヒッグス粒子が発見されたと言って、その粒子の存在を予見したヒッグス氏他2名がノーベル賞を受けることになった。今日の新聞報道には次のように書かれていた。

 「現代物理学では、ビッグバンで宇宙が生まれた瞬間、素粒子は質量を持たず、光の速度で飛び回っていたと考えられている。直後に素粒子が質量を得て動きが鈍り、物質に満ちた今の宇宙となった。アングレール氏はその仕組みを最初に提唱。ヒッグス氏はその仕組みの主役「ヒッグス粒子」の存在を予想した。2人は1964年、別々に論文を発表した。予想に基づき、欧州合同原子核研究機関(CERN)の大型加速器LHCで実験が続けられた。CERNは今年3月、「ヒッグス粒子の発見はほぼ確実になった」と発表。これで、基本粒子がすべて出そろい、物理学の標準理論が完成した。実験には多くの日本人研究者が参加した。」

 この記事を読んで多くの人は不思議に思わないだろうか。ビッグバンで宇宙が生まれたという表現も問題であるが、最初に質量を持ってなかった素粒子とは一体なんだろうかと。質量を持ってない素粒子の存在を物理学はなぜ認めているのか。

 実は、素粒子を研究して来た現代物理学は、全ての素粒子の重さがゼロというとんでもない結果になっていた。電子など全ての素粒子の性質を完璧に知った後に、その数式の結論が質量ゼロというものだったのである。全ての素粒子の質量がゼロなら、全ての存在の質量はゼロであり、そもそも存在などと言えるものは何もなくなる。現代物理学は明らかに現実と矛盾した結論に悩んでいた。全ての物質の有り様を解明し、科学技術の基礎を築いた、100年の歴史を持つ量子力学の結論が「全ての物質の質量はゼロである。」というとんでもないものだったのである。

 この問題に対して解決の道を開いたのが、南部陽一郎博士である。数式では質量ゼロという結論が出ても、それは数式の間違いではない。量子力学の基礎が間違っているのではない、別の理由から質量が発生しえると説明した。「自発的対称性の破れ」という理論を発表して、2008年にノーベル賞物理学賞を受賞した。

 しかし、自発的に・・・と言われても何故そうなるのか誰も説明できなかった。提唱した南部博士自身もそのように考えればうまく説明できることは示しても「何故」には答えることが出来なかった。その時に、ヒッグス博士が宇宙は何か未知の粒子で満たされているのではないかと言い出したのである。その粒子の存在が自発的対称性の破れを引き起こすのではないかと提唱した。粒子と言っても、ここにあって一個二個と数えられるようなものでなく、空間を満たしていると言ったのである。 だからヒッグス粒子を探すと言っても、飛行機からサハラ砂漠にビー玉を一個落としてそれを探すというようなものではない。びっしりと我々の周辺を埋め尽くしていると言うのである。

 ここで、少し余談になるが空間という概念について少し説明したい。物質は原子で構成されていることは誰もが知っている。その原子の中心には原子核があって周囲には電子がある。では、その原子核と電子の間はどうなっているか。ここで原子の直径を100mとすると、原子核の大きさは約1mmしかない。原子を野球場に例えれば、原子核はピッチャーの足下の砂粒程度なのである。そして、太陽の大きさを1mmと仮定すると、太陽系で一番遠い冥王星ですら、太陽を中心として4.3mの距離しか描けない。原子核に一番近い電子でも、原子核から50mの距離なのである。原子の内部には、なんと太陽系よりも大きな空間が広がっているのである。ヒッグス粒子がびっしりと埋め尽くしているという空間はこの空間である。ちなみに、原子がそうなのだからその原子で構成されている我々の体や万物は全てがすけすけの空間なのである。

では、どのようにしてヒッグス粒子を見つけたと言ったのか。何か特殊な顕微鏡で見たのではない。例えば、お寺の鐘をつくと「ご〜ん」と音がする。我々はその音を聞くと鐘を想像することが出来る。それと同じように、原子の中の空間を打ったのである。すると、何か予想しなかった反応があったので、それをヒッグス粒子だと言っているのである。常識的には他の何かではないかと言いたくなるが、そこは専門家達が巨大な装置と巨額の資金を投入して何百人もの博士達がやったことなので、今は「そうですか」としか言えない。

現代物理学にはもっと重大な問題が未解決なまま残っている。それ次第では、「自発的対称性の破れ」やヒッグス粒子なども無意味とは言わないまでも、それほど本質的な意味は持ってないと言われるようになるかも知れない。今回のノーベル物理学賞は粒子時代との別れの儀式なのかも知れない。

それは、アインシュタインの一般相対性理論と量子力学の標準理論を統一した統一理論に関する問題である。アインシュタインは生涯をかけて一般相対性理論と電磁気の理論の統一を目指した。しかし、果たせなかった。その後、電磁気力だけでなく、量子力学の発展によって「強い力」「弱い力」の存在がわかり、一般相対性理論と量子力学の標準理論の統一が問題となった。

最初にこの問題を考えたのはロシアのマトベイ・ブロンスタイン(1906 --1938)であった。しかし、ブロンシュタインは31歳にしてスターリンの秘密警察に逮捕され、銃殺されて非業の死を遂げた。その後も多くのノーベル賞学者がこの問題に挑戦したがことごとく失敗した。そして、この問題を扱う者は人生を棒に振るようなものだと言われるようになった。そして、半世紀ものあいだ現代物理学の世界は暗い雲に覆われたままなのである。

一般相対性理論は宇宙の問題を正確に説明している。量子論は微粒子の世界を正確に説明している。ともに間違いなく正しい。しかし、この二つの理論を統一しようとすると誰も出来なかったのである。

大きな転機が訪れたのは、1974年である。プリンストン高等研究所で知り合ったジョン・シュワルツ博士とフランスから来たジョエル・シャーク博士の2人である。彼らは1968年にイタリアのガブリエール・ベネチアーノが提案した弦理論を研究所していた。それは、200年以上も前にレオンハルト・オイラーによって示されたガンマー関数が原子核内の強い力を表しているのではないかと言うものであった。そして、これは当時としては見捨てられた古い考えであった。シュワルツ博士は弦理論を研究して、それが重力を表しているのではないかと気付いた。それを超弦理論として発表した。しかし、この時は誰も見向きもしなかった。

超弦理論というのは、物質の最小単位は粒子ではなく「ひも」であり、その「ひも」の大きさは電子の一兆分の一のまた一兆分の一以下だと言うのである。電子一個を太陽系のサイズに拡大しても、「ひも」は我々の身長くらいにしかならない。しかも、超弦理論はこの世界が10次元でないと成立しなかった。そんな実証できないことを言う奴は追い出してしまえ‼︎ というのが当時の物理学会の空気だった。

1984年に決定的な転機が訪れた。ケンブリッジ大学のマイケル・グリーン博士とシュワルツ博士は、「そもそもこの世界が4次元だという証明はない。数式が10次元だと言っているのだから我々の常識の方が間違っているのかもしれない。」と考えた。そして、ついに超弦理論の式からアインシュタインの一般相対性理論と量子論の式を矛盾なく導き出すことに成功したのである。それは奇跡とも言えるものであった。超弦理論に何か神秘的な真実が隠されていることを示していた。

物理学者達は雪崩を打って超弦理論の研究に夢中になった。しかし、またしても大きな落とし穴が待っていた。研究者が増えたのは良かったが、その結果として超弦理論に5つの種類が生じる結果となった。こんなものが統一理論であるはずがないと、超弦理論の研究をあきらめる者も出た。

この問題を解決したのはプリンストン高等研究所のエドワード・ウィッテン博士だった。彼は1995年に、5つの式は同じものであることを証明した。ところが、新しいその理論によれば、この世界は超弦理論の言う10次元でなく、11次元だと言うことになる。それはM理論と呼ばれている。

さらに超弦理論はホーキングパラドックスを解決した。ホーキングパラドックスとは、ブラックホールの中の熱に関する問題である。ブラックホールの中心では全ての粒子は身動き出来ないにも関わらず何故熱が発生するのかという問題である。ホーキング博士はこの問題を解く式はないとまで言い切っていた。

しかし、超弦理論によってブラックホールの中心では異次元での振動が熱としてこの次元に発生しているのではないかと考えた。そして計算によってブラックホール内部の熱を導き出すことに成功したのである。2004年にホーキング博士はその事実を認めた。ホーキングパラドックスは偉大な思考実験であった。この問題が存在したおかげで超弦理論の正しさが証明されたと言っても良い。

以前は、異次元の存在を言う者は変わり者だと思われていた。しかし、今は違う。多くの物理学者達が異次元の存在を証明しようと日夜競争している。ヒッグス粒子の次は異次元の証明が目標となっている。

今日、粒子と言われている全てのものは、電子の一兆分の一のまた一兆分の一の「ひも」と言われるものが持つエネルギーの違いによるものである。そのエネルギーの元は異次元に存在していると考えられている。言い換えれば、異次元のエネルギーがそれぞれ形となって、粒子としてこの世界に現れているのである。

従来の方法で超弦理論の正しさを実証することは難しいかも知れない。それを理由にして超弦理論を否定する人もまだいる。しかし、正に聖書に書かれているように(マタイ伝9章17節)「新しいぶどう酒を古い皮袋にいれれば、皮袋は裂けて、ぶどう酒が流れ出てしまう・・・」。超弦理論を従来の方法で検証しようとするのは間違いだと思う。

超弦理論の言う「ひも」を見つけようとするのでなく、そして「ひも」が見つからないから超弦理論は間違いだなどと言うのではなく、超弦理論の言わんとすることにもっと耳を傾けるべきだと思う。数式という文字で書かれた文章の意味を考えるべきである。文字のインクを研究して、文字の存在を確実なものにしても、書かれた文章の意味はわからない。

異次元の世界は間違いなく存在する。そして、それはどこかにあるのでなく、我々がその異次元の真っ只中にいるのだと思う。そして偉大なことは、我々はそれを意識していると言うことである。我々は宇宙船地球号に住む人間としての共通性をもっと認識するべきである。宗派を超えて、人種を越えて、国境を越えて、我々は一つになることが出来る。超弦理論(M理論)の数式の完璧なまでの美しさはそのことを示しているのではないだろうか。アインシュタインが生きていたらきっとそう言うと思う。

6 件のコメント:

  1. 神の粒子と呼ばれたヒックス粒子の予見者、ヒックス博士たちが80歳を過ぎた今ノーベル賞に輝いたのは感慨無量です。
    万物界、創造原理の世界は解明されれば、実に早く目的に到達することでしょう。
    人間界のように複雑きわまる、柵が無いのですから。

    今話題の、現代物理学の様相を分かりやすく説明してくださいましてありがとうございます。

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  2. コメントありがとうございます。
    物理界が独り歩きするのでなく、もっと人間界に反映されると良いですね。世界観というか、パラダイムと言うか、価値観のようなものとしてもっと宗教界や教育界に具体的に取り入れられると良いです。なんとしても、もう人類は互いに争う時ではないですから。

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  3. ブロンスタインを粛清したのはヒットラーではなくスターリンです。訂正されてはいかがでしょうか。

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  4. ご指摘ありがとうございます。
    たいへんな間違いをして、心からお詫びします。いま、旅先ですが可能なかぎり早く訂正します。

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  5. 編集担当者2013年12月28日 8:44

    匿名さん
    ご指摘の箇所訂正しました。
    心からお詫び致します。

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  6. 『クォーク不要論 反粒子は何が反対なのか』
    https://note.com/abikonobuhiro666/n/n342a9db627e6

    読むだけ読んでみてください。

    霊界とは素電子プラズマに脳が転写されたものだと思っています。

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