2017年07月16日

NHKBSプレミアム コズミック フロント☆NEXT「宇宙は偶然か必然か?最新宇宙論が描く新しい姿」

NHKBSプレミアム コズミック フロント☆NEXT「宇宙は偶然か必然か?最新宇宙論が描く新しい姿」

この番組はたまに見てるんですが
今回は宇宙論で面白かったです。

最近ではユニバース、ではなくマルチバース、
つまり宇宙は唯一ではなく無数にあるという説が唱えられている
という話でした。

宇宙論でお名前をよく見かける方々がたくさん出ていたように思います。

○マルチバースが考え出された経緯
 最初の舞台は、つくばにある高エネルギー加速研究機構

 ここでは宇宙マイクロ波背景放射、
 という、最古の宇宙で放射されたと言われる波を測定している

 この波はヨーロッパのESAが打ち上げた望遠鏡でも観測されているが、
 この研究所では更に詳しいデータをとらえようとしている
 羽澄さんという研究員の方は、
 「放射のパターンは予言されており、
 出てたらインフレーションの証拠になる」
 とのことです。

 現在の宇宙論では、
 138億年前にインフレーションが起きた、とされている
 インフレーションとは、宇宙がビッグバンにより誕生した直後、
 急激に膨張したとされる現象

 マルチバースの考え方は
 このインフレーション理論から出てきた、ということで
 インフレーション理論提唱者の一人である
 佐藤勝彦さんが出演されていました。

 ・インフレーション理論から導きだされるマルチバース
  佐藤さんのインフレーション理論は1981年に発表されたそうです

  インフレーション理論は、量子力学の法則から考えられた

  量子論を宇宙の始まりに適用すると
  真空エネルギーが宇宙を始めた、という話になるそうです

  真空、というと何もない状態に思えるが
  量子論の考え方では、
  ミクロの世界では反粒子と粒子が生まれ、ぶつかっては消えを繰り返しており、
  この反応がエネルギーを生んでいる

  佐藤さんは、このエネルギーがビッグバンを起こしたと考えたそうです
  その結果生まれた空間は倍々でどんどん大きくなっていく
  この急激な膨張がインフレーションなのだそう

  どれくらい急かというと、
  佐藤さんの大きさの空間が7回倍々になるとスカイツリーくらいの高さになり
  24回で地球より大きく、
  100回で宇宙より大きくなるそうです

  そしてこの真空エネルギーによるビッグバンは
  確率論的に考えればどの場所でも起こりうる
  となれば、宇宙はいろんな所でポコポコ生まれている、
  ということになるそうです

  彼によれば、
  ビッグバンの起きた先に別の宇宙が産まれ、
  元の宇宙とへその緒のような繋がりが出来るが、
  やがてこのへその緒は切れて
  全く違う宇宙となる
  言わば宇宙が子宇宙を産んでいるような感じで
  子宇宙は孫宇宙を産み
  無数の宇宙、つまりマルチバースとなるのだそうだ

  しかし佐藤さん自身は
  計算でその結果が出たときはにわかには信じられず、
  何かの間違いではないかと思ったそうです

  しかし議論を重ねていくうちに、自分の考えが、正しいと思ったのだそうです

  冒頭のつくばの研究所では  インフレーションの証拠を探すために
  チリのポーラーベアー望遠鏡を準備中で
  2018年に観測を始める予定だそうです。

  宇宙の始まりだけではなく、
  宇宙の物理法則についても分かるのではないか、とのことです

 ・超弦理論から導き出されるマルチバース
  一方超弦理論からも、マルチバースは導きだされるのだそう
  超弦理論の礎を作った
  スタンフォード大学のレオナルド・サスキンドさんが出演されていました。

  超弦理論では、素粒子が弦のようなものでできていて、振動していると考える
  これで全ての物理現象を説明できるのだそう

  「この理論は、素粒子の本質を説明するとされてきたが
   重力の理解にも適用できると分かり
   今は重力と素粒子の両方を説明する理論となり
  マルチバースに発展した」

  超弦理論では、ミクロの世界では別の世界、別の次元が隠れていると考えるそうです

  綱渡りに例えると
  遠くから見ると、綱渡りの綱は一次元の線に見える
  しかし綱に近づいてみると
綱の凸凹が見える
  この凸凹に沿って進むてんとう虫にとっては三次元の世界になる

  超弦理論でも、
  ミクロの世界では別の次元が隠れていると考える
  今の我々の世界は時間と空間を合わせた4次元の世界だが、
  実は6つの次元が隠れていて10次元なのだそうです

  さらに、次元が次元を巻き込んで、
  別の世界を作っている。
  巻き込みかたにより
  宇宙の数が増えるのだそうです

  どれくらいの数かを計算したところ
  10の500乗、という無限に近い数になったのだそうだ
  「超弦理論では、マルチバースは当たり前なのです」

 次は、マルチバースが
○加速膨張宇宙の矛盾を解決するマルチバース
 登場したのは、テキサス大学オースティン校のスティーブン・ワインバークさん

 彼は素粒子物理学の研究者で
 1979年にノーベル物理学学賞を受賞されています

 受賞対象の研究では真空エネルギーが関わっていて
 彼はそれを宇宙論に適用しようとしたのですが
 「それから長期間、この真空のエネルギーに悩まされることになった」

 真空エネルギーとは
 先ほど佐藤さんの話で、
 インフレーションを起こしたエネルギー、として登場しました。

 しかしこのエネルギーでは
 今の私たちの宇宙の状態は説明できないそうです

 重力理論である一般相対性理論の式は、
 右辺がエネルギー、
 左辺が重力などによる時空の歪みを示しているそうです。

 左辺は2つの記号の足し算になっていて、
 その1つΛ(ラムダ)は宇宙定数と呼ばれ
 収縮や膨張に関わる、とされている

 ワインバークさんは、このΛを真空のエネルギー、と考えて計算したそうです

 Λが大きいと、重力とは反対の斥力が働き、宇宙は広がる
 Λが小さいと、銀河などの引力の方が強くて収縮してしまうこともある

 しかし、彼はΛを素粒子物理学の理論で計算すると
 (ミクロの世界で素粒子が産まれるときのエネルギーを全て足すのだそうです)
 Λはとてつもなく大きな数になり
 宇宙は発散してしまうことになったそうです

 さらに当時は、Λはゼロと考えられていたそうです。
 アインシュタインも
 「宇宙定数は人生最大の失敗」
 と言ったように、宇宙定数を捨ててしまっていた

 しかしワインバークさんは
 Λはゼロではないのでは、
 と直感的に思ったそうです
 この宇宙が成り立つためのΛがあるはず、
 と思ったそうです

 しかし先ほど言ったように、素粒子の計算では出てこない

 しばらく彼は格闘していたが
 1987年になって、
 逆に我々の宇宙を成り立たせるためのΛはどのくらいか、を計算してみたそうです
 すると10のマイナス120乗、という非常に小さい値になったらしい

 しかし値は分かっても由来が分からない。
 彼は理論に基づかない求め方は禁じ手だとは思ったそうです

 そんなときに出会ったのがマルチバース
 マルチバースなら説明できると考えたそうです
 つまり、無数の宇宙があればいろんなΛを持つ宇宙があり得る
 その中の我々の宇宙のΛが、たまたま10のマイナス120乗だったのでは、と。

 「ほとんどの宇宙ではΛはとてつもなく大きく、
  そういう宇宙では急激に膨張し、
  銀河も惑星も生命も存在しないだろう

  しかしごくまれにΛが小さいときがあり
  そういう宇宙ではゆっくり膨張して、
  星や生命が生まれることもできる」

 しかしこの理論は、当時は多くの物理学者から
 理解されなかったそうです

 ところがそこから10年して風向きが変わる
 宇宙の加速膨張を示す観測結果が発表されたそうです

 この宇宙の加速膨張の発見については
 この番組でも別の回でやっていましたが
 超新星爆発の観測をしているとき
 (超新星は明るいので観測しやすいそうです)
 超新星爆発までの距離と
 遠ざかる速度の関係をグラフにすると比例関係にはならず
 遠くの星ほど遠ざかる距離が遠くなる、
 という結果だったそうです

 この結果はアメリカとオーストラリア、別グループで同時期に発見、発表され
 この功績により、両者は2011年にノーベル物理学賞を受賞しています

 宇宙の加速膨張に基づきΛを計算したところ、
 10のマイナス120乗になったそうです
 Λも小さい値を取りうることを示した、とのこと

 彼は
 「ほらみろ、なんて言いませんでした、あまりに幼稚ですからね(笑)」
 「マルチバースが正しいかは分からないが、
  1つのテストには合格したのかな」

 そのあと、Λはゼロではなく小さな値だという考えが受け入れられるようになった
 スティーブン・ホーキングや
 マーティン・リースなど
 名だたる物理学者がマルチバースに賛同するようになったそうです

○我々の宇宙は数ある宇宙の1つに過ぎない
 マルチバースによれば、我々の宇宙は数ある宇宙の1つ、ということになる

 しかし以前は、地球は特別な星、という考え方もあったそうです。

 我々の地球は
 太陽からの距離はちょうどよく
 離れすぎて凍ることもなければ
 近すぎて灼熱の大地になることもない

 また大きさ、重力も絶妙で
 水や大気を繋ぎ止める程度の重力をもつ

 月もちょうどいい位置で
 これも生命を維持するのに役立っている

 宇宙は地球や人類が生まれるために微調整されたのではないか
 と考える人もいたのだそうです

 これは「人間原理」といい、
 人間中心的な考え方でもある

 しかしいろんな宇宙があるんだよということを
 マサチューセッツ工科大学のマックス・テグマークさんが
 例え話で話しています
 (彼はモーガンフリーマンさんの番組でもよく見かけますが、今回はマジメでした(笑))

 彼は
 「宇宙の誕生する条件は無数にあり、
  条件によりいろんな宇宙ができるのでは」
 とのべ、宇宙の誕生を車の運転に例えていました

 初めての車を運転するとき
 いろんなボタンを触り、いろんな条件を設定していく

 宇宙の設定の場合、
 我々の宇宙は四次元だが
 他の宇宙ではもっと多い次元をとることもありうる

 快適に運転できるように条件を設定し、
 全て決まってエンジンをかけるときがインフレーションなんだそう

 宇宙とはなにか?を彼に聞くと
 「我々はなぜこのような宇宙があるか、と聞くが
  本当は、なぜ我々はこのような宇宙で、他の宇宙に住んでないのか、と問うべきだ」
 と述べていました

 つまり、人は数ある宇宙のなかで生存に適した環境にいるに過ぎない、ということだそうです。

 次は、日本の若い研究者たち二人の考える最新の宇宙の姿です
 二人は全く宇宙の形を考えていました

○パラレルワールド?
 一人はカリフォルニア大学バークレー校の野村泰紀さん
 彼は素粒子論、宇宙論を教えているそうです

 マルチバースは量子力学で理解されると考えている

 「量子力学はミクロの世界のものと思われていますが、
  我々もミクロなものからできている
  であれば、大きな世界も同じと考えた方がとすっきりするはず」

 では、量子論の世界を大きな世界に適用したらどうなるか?

 彼は大学の構内で、赤いTシャツを着た人とすれ違い、挨拶しています
 「僕は毎日彼とすれ違うんです。
  彼は今日は赤いシャツを着ているけど
  青いシャツを着ていることもある。

  では、彼がそこの角を曲がって僕の目の前に現れる前に
  赤いシャツ、青いシャツどちらを着ていると思いますか?」

 奇妙な質問です。
 普通に考えれば
 彼が出会うときには赤いシャツを着ているんだから、
 その直前に着ているのも赤いシャツに決まっている

 しかし量子論的に考えると、赤と青は同じ確率で
 すれ違うまでは分からない。

 「?」ですが、彼によれば、
 彼がシャツの人に出会うまでは、
 赤いシャツの世界と青いシャツの世界が平行に存在し、
 重ね合わせの世界になっている
 観察する自分のいる世界が五分五分なんだそうです。

 この世界では、
 我々の宇宙の他に
 ほかのTシャツを見ている自分がいる宇宙、変な宇宙などが同時に存在している
 つまりパラレルワールドが存在している、ということらしい

 パラレルワールドは、
 全然違うところではなく我々の宇宙に寄り添うところ、
 量子力学的な確率の空間の中にあるそうです。

 パラレルワールドについては、先ほど出ていたテグマークさんも他の番組で同じようなことを言っていたと思います。

○マルチバースを考えなくていい?
 もう一人の研究者は、
 ミュンヘンのマックス・プランク研究所にいる小松英一郎さん

 彼は最初に万有引力の法則を見せ、
 このような当たり前の物理法則は、
 宇宙を説明するには限界があるのでは、とのべています

 宇宙の始まりから今の宇宙までを模した図
 我々はこれを常識と思っているが
 この中には宇宙の物理法則が及ばない世界があるのではないか
 とのことです。

 「アインシュタインの一般相対性理論は、
  真空エネルギーが空間を押し広げている、としている
  ただしこれはアインシュタインの理論が100%正しい場合で
  これを正しいとするデータは今のところない」

 一般相対性理論にあるΛは膨張エネルギーで、
 これは真空エネルギーが源とされてきたが
 彼は、他に膨張エネルギーがあると考えている

 それはダークエネルギーみたいな、
 重力とは逆に働く力だ、とのことです。

 さらに彼は、彼はダークエネルギーは時間変動する、
 ダークエネルギーの密度が時間により増えたり減ったりしている、と考えたそうです。
 もしダークエネルギーの密度が増えれば、宇宙の膨張は速くなり、
 密度が減れば膨張は遅くなる

 ダークエネルギーの密度がちょうどいいところにあるのが
 今の我々の宇宙なのだそう

 「そもそもなんでマルチバース、かといえば
  観測された加速膨張が説明できないからで、
  ダークエネルギーが時間変動すると考えれば、
  マルチバースは考えなくてもいい」

 つまり彼は、
 マルチバースを考えずとも宇宙の加速膨張が説明できるという立場だそうです。

 「これを証明するには、
  時間ごとのダークエネルギー密度を比べればいい。

  現在のダークエネルギーの密度と
  100億年前のダークエネルギーの密度は同じ、ということは分かっているので、
  それ以前を調べている」

 彼の共同研究者、ゲイリー・ヒルさんは、
 アメリカのマクドナルド天文台で、
 このダークエネルギー密度を測定しようとしているそうです

 彼は、おおぐま座の方向にある、
 100億年前より古い銀河を観測しているそうです

 それぞれの銀河の距離の散らばり具合を調べれば

 100億年前の銀河に比べて、
 120億年前の方が銀河の散らばりが多ければ、今よりダークエネルギーの密度が多いことになり
 ダークエネルギー密度が減っていれば散らばりは増えないことになる

 最初のデータを出すのに2、3年かかり、
 そこから数年観測するので
 結果がでるのは早くて5年後なんだそうです。

とはいえ小松さんは
 「ダークエネルギー密度は一定、と出たら
  頭を抱えるしかない
でももう少し、という手応えはあるんです」

○エンディング
 出演者の皆さんの宇宙観は様々だな、と思わされる編集になっていました。
 佐藤さんは
 「物理学を研究していたら、宇宙が産まれるのは必然と思える」

 テグマークさんは
 「我々の宇宙は必要に迫られて存在していると思うね」

 といい、ワインバークさんは
 「宇宙の始まりについては勘弁してくれ」
 と正直な意見(笑)

 サスキンドさんは
 「今はマルチバースが常識になるかの過渡期だと思います、
  そのうちに新しい人が全く違う理論を考えて、驚かされるかもしれない」

 また、新しい世代の研究者の野村さんは
 「後世から見て、
  我々の時代の最大の貢献はマルチバースになるかもしれない」

 しかしどの研究者も共通するものがある、と思わされたのは小松さんの一言。
 「宇宙の研究の止められない所は、
  ゴールが見つかったと思ったら次のスタートが始まっていることですね」

 まだ未知のものを解明するワクワク感があるからこそ、皆さん研究は止められないのかな、
 と思いました。

○感想など
・インフレーション理論、超弦理論、加速膨張宇宙、パラレルワールドなど、
 主要な宇宙論てんこ盛りという感じで面白かったです。
 この番組、映像も綺麗だし。

 ただ最後にダークエネルギーが出てきて、
 そういやダークエネルギーって何だっけ?
 真空エネルギーと何が違うんだ?と思ってちょっと調べましたが

(http://科学情報誌.xyz/2016/05/28/post-1305/
http://科学情報誌.xyz/2016/05/27/post-1286/
http://djweb.jp/power/cosmology/cosmology_03.html
他にも色々)

 ダークエネルギーとは、
 宇宙が加速膨張するには、目に見える物質のエネルギーでは足りないために考え出されたエネルギー。

 ちなみに、名前は似ているがダークマターは、
 銀河たちが集まるための重力が、目に見える物質の重力では足りないので考え出された物質、
 ということで、

 ダークマターによる収縮のエネルギーは銀河の内部など、局所的に働く力、
 一方ダークエネルギーは、
 空間全体に働くもっと広域的な力、
 という違いがあるみたいです。

 しかしダークエネルギーの正体は今のところ不明で
 有力な候補となっているのが真空エネルギー、だが、
 小松さんみたいに別の候補があるのでは、
 と考える方もいるようです。

 加速膨張宇宙、という現象は、観測されてしまったので動かせない。
 しかしその原因や由来が分からないので、
 取り合えず便宜的にダークエネルギーを考えている
 ということかしら。

・佐藤さんのいう
 「インフレーションが産み出す子宇宙、孫宇宙」
 サスキンドさんがいう
 「隠れた次元が産み出す全く別の宇宙」
 ワインバークさんがいう
 「Λが違う、発散する宇宙、収縮する宇宙」
 などは、全く別の宇宙が   我々の宇宙の外の空間にある、
 (そこには全く別の生き物がいる?)
 という感じですが

 野村さんがいう
 「パラレルワールドの宇宙」
 は、いろんな自分が枝分かれして存在する複数の宇宙が
陰のように存在する、
 (そこには別の自分が同時にいる)
 という感じなのかなと思います。

 小松さんは、別の宇宙はないかも、という立場。

 しかしもしかして、本当はどれも真実で
 どれも見方を変えただけかもしれない。

 白い光をプリズムで分けたらいろんな波長の光に別れるように
 この宇宙も、あるプリズムでみたら、
 自分が複数同時に存在するパラレルワールドがたくさんあり、
 あるプリズムで見たら
 いろんな条件のいろんな物理的環境の宇宙があるのかもしれない。

 しかしそのように分かれて見えるのは
 我々人類が肉体とか次元とかに縛られているからで、
 超越した存在が世界を見たら
全部1つになるのかもしれない、

 …とも思います。

 だとしたら、
 結局、我々の分かることは部分的なことだけなのかもしれない。

 でもいろんな人がいろんな考え方を持って研究しているのはおもしろい、と思いました。

 物理を学んだうちのだんなによれば
 「物理学がガチで好きな人は宇宙論に行く」
 (ちなみにだんなはそのタイプではなかったらしい(笑))
 と言っていました。

 そういう天才たちから
 相対性理論とか、量子論みたいに
 そんなんあり?みたいな、
 あっと驚く理論が急に産まれるかもしれないなと思います。

色々勉強になりました。

というわけで今回はこの辺で。




posted by Amago at 22:16| Comment(0) | テレビ(科学) | 更新情報をチェックする