統一理論に向けて」と題する素晴らしい番組があった。最近の宇宙論の進展につき、私がかねてから抱いていた疑問に答えるもので、久しぶりに知的好奇心を大いにくすぐられたのである。古い話になるけれども、私が小学校3年の頃、父から買ってもらった科学図鑑では、「宇宙の誕生については諸説入り混じっているが、中でもロシアのガモフが提唱する火の玉宇宙論というものが有力である」とあった。それ以来の関心事であるから、私の宇宙論ウォッチャーの歴史は半世紀弱にも及ぶというわけだ。そのたった半世紀の間に、宇宙論がこれだけ進展するなど、誰が予想したであろうか。宇宙をあらわす難解な数式は、私にはさっぱりわからない。最近では、科学者によって素人向けに書かれた啓蒙書を読んだりするだけである。やって、日本では東大の佐藤勝彦教授が宇宙のはじまりについてビッグ・バンという概念を提唱した学者のひとりだとか、イギリス・ケンブリッジ大学の車椅子の科学者、ホーキング博士の最新の研究内容はブラックホールについてだなどという知識を仕入れる。ニュートンという科学雑誌を買ってきて、そこに描かれていたりするものを眺めて感心している程度である。ところが、この2〜3年、科学雑誌ニュートンにしか載っていないもので、さっぱりわからないことがあった。それは、宇宙の統一理論の新説「ひも理論」である。これについて述べる前にひと講釈すれば、二つの物質粒子間の力を担う粒子は、重力(あらゆる粒子に引力として働く)、電磁気力(電荷を帯びた粒子に働く)、弱い核力(物質粒子に働き、光子や電子などスピンが整数のものには働かない)、強い核力(原子核の中で陽子と中性子をまとめる閉じこめる力)の4種類がある。ノーベル賞をもらったワインバーグ、サラムなどの科学者が生み出した大統一理論は、後三者は統一できたものの、重力についてはまだできていなかったのである。そこでこれを説明するのに諸説入り乱れていたが、とうとう新たに出てきた「ひも理論」なるものがそれに成功しそうだという。この考え方によると、われわれの世界はごく小さな振動する「ひも」から出来ているとか、さらに進んでわれわれの世界は多次元の膜(ブレーン)に乗っているとかいうのである。雑誌ニュートンでは、それをよく消化していない人が書いたものとみえて、単なる輪ゴムのようなものが浮かんでいる絵や、何層かのシャボン玉のようなものが並んで宙に浮いている図が描かれていたにすぎない。読者としては、それを見ても何が何だかわからないという有様で、読後感はといえば、どうにも後味の悪いものであった。このアメリカで作られた番組は、まさにその疑問に答えるもので、素人なりに、やっと合点がいったのである。これなら、NHKの受信料を払っても、納得がいくというものである。私はこの番組をDVDに録画して、さらにそれを2枚のディスクに焼きこんだので、これからしばらくこれを見るのを楽しみにすることとしたい。20年後に引っ張り出して再び見て、昔は馬鹿な理論があったものだとか、まだこんなプリミティブな段階だったのかと驚くなどという使い方もあるだろう。それでは、この3回の放送はどのようものだったかをおさらいしておこう。画面に登場して理論の歴史やその内容を説明するナビゲーターは、ブライアン・グリーンというコロンビア大学の博士である。ハンサムな若い人である。コロンビア大学に入学し、そこで「ひも理論」に出会ってこれを研究対象にしたという現役の研究者である。ひも理論は、この世界は11次元の宇宙から出来ていると説明するSF小説のような世界である。宇宙の構成要素は、ひもと呼ばれる小さな振動するエネルギーで、これがさまざまなパターンで振動する。その振動パターンによって、いろいろな物質となったり、エネルギーになったりするというものである。そもそも、宇宙の多種多様な現象を統一的に説明できる理論があれば、それはすばらしくエレガントなものである。物理の世界は、それを目指してきたといえる。17世紀のアイザック・ニュートンの万有引力の法則は、りんごが落ちる力と月が地球の周りを回っている力とが、実は同じものであることを証明した。重力を科学的に説明した最初の試みで、本当にすばらしい業績である。エレガントな理論であるが、問題は、重力の大きさと働きは説明しているものの、それがどういう仕組みで生じているかは説明できないことである。20世紀になって、アルバート・アインシュタインが現れた。彼は26歳のときに、光の速さを超えるものは存在しないという驚くべき発見をした。実はこれは、ニュートンの万有引力の法則と矛盾しているのである。何の前触れもなく太陽がいきなり消滅したと仮定する。すると、万有引力の法則では、惑星はただちに軌道を外れて宇宙空間に飛び出していくことになる。アインシュタインは、光はただちに地球へは届かないと知っていた。太陽の光は、実は8分たって地球に届くのである。それまでに、地球が太陽を回る公転軌道を外れるわけがないと考えた。重力も光と同じ早さのはずだからである。その現象をアインシュタインが研究して10年たってようやく考え出した答えは、宇宙は三次元と一次元の時空で構成される4次元の織物のようなものだという。これで説明すると、太陽が消滅したら、その時空の織物がゆがんで重力の波が光と同じ速度で地球に届き、それで初めて地球が公転軌道を外れるというものである。重力とは、時空の織物の中のゆがみであると喝破した。これが一般相対性理論の考え方であり、天体の観察でその正しさが証明されている。次に、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、電気と磁気を統一的に理解しようとして、4つの方程式を考えた。この試みはうまくいって、これら二つは新たに電磁気力として統一された。その上でアインシュタインは、重力とこの電磁気力とを統一しようとした。ところが不思議なことに、重力は電磁気力と比べて非常に弱い力であるということもあって、なかなかうまくいかなかった。その一方で、1920年代にニールス・ボーアは、新しい宇宙観を考案した。原子は、さらに小さな素粒子から成り立っている。それまでのアインシュタインやマクスウェルの理論では、この素粒子の内部で起こっている現象を説明できなかった。ところがボーアは、原子や素粒子のような量子の世界で起こっているのは確率の世界であって、確実なものは何もないというのである。この一見奇妙な理論は、素粒子のレベルでは実験結果と完璧に合致しており、成功を収めてきたのである。ところがアインシュタインは、この世に不確実なものは何もないはずだとの強い信念を持っていた(神はサイコロを振らないと言った)ので、これに賛同しないまま、そして重力と電磁気力との統合もできないうちに、死去してしまった。現代の物理学では、電磁気力と強い力(陽子と中性子を結合する力)と弱い力(放射性崩壊をつかさどるる力)はすでに統合されているので、これと重力とをいかにして統一するかが、依然として難問中の難問として残っている。これを研究する学者は、二つのグループに分かれている。それは、アインシュタインの一般相対性理論を使って、大きな世界、つまり星や銀河を研究するグループと、ボーアの量子力学を使って、ごく小さな原子や素粒子の世界を研究するグループである。この二つはそれぞれの立場でお互いに別のものとして発展してきたが、そのうち、この二つを合わせて理解しないと、どうしても分からない現象があることに気がついた。それは、ブラック・ホールの問題である。その存在を戦場の塹壕の中で考え付いて最初に予測したのは、シュバルツシュルトである。彼の研究は、長い間、理論的存在にすぎないと思われてきた。現実にいくつかのブラック・ホールが発見され、どちらの理論を使うかが問題となった。原子も銀河も同じ宇宙を構成する要素なので、同じ理論で説明ができるはずであるし、またそうでなければならない。ブラック・ホールは、質量の大きな星がつぶれてとてつもない質量を持つ部分ができ、それが自らの形を保てないほどになると、つぶれて一点に収縮を始める。周りのものを飲み込んで大きくなっていくというものである。宇宙生成の標準理論であるビック・バンにいたるまでの時間を遡っていくと、宇宙はどんどん小さく熱く高密度になって、とうとう最後は一点に凝縮してしてしまう。量子力学との二つの理論は、それぞれ破綻するのである。これらを統一的に理解しようとする「ひも理論」の「ひも」は、想像を絶するほど小さな振動する存在だとする。この学説は、その発展過程でさまざまな紆余曲折を経てきた。最初にこの学説の発端を考え付いたのは、イタリアの科学者ガブリエーレ・ヴェネツィアーノである。彼は、研究を進めている過程で、スイスの数学者レオンハルト・オイラーの本をたまたま手にした。その本の中にあった関数が、強い力を説明していることをに気がついた。これがひも理論の始まりである。その後アメリカの物理学者レナード・サスキンドは、屋根裏部屋にこもって、これを研究した。この関数は、粒子を表していることに気づいた。その形状は、輪ゴムか、あるいはそれを半分に切ったものである。これを論文にして科学雑誌に投稿したが、全く注目もされずにボツになったので、やけになって飲んだくれたという逸話がある。ビックバンの少し前の時点では、それまでの物理法則がよく機能して、それによると電磁気力と弱い力が統一されて電弱力となり、ビックバンの直後に強い力と統一されるという「標準モデル」が作られている。これで三つの力が説明できるものの、困ったことに最も問題である重力が説明できない難点があることは、すでに述べた。その過程で、重力を伝えるグラビトンという粒子を発見したジョン・シュワルツとマイケル・グリーンが共同研究を行っていた。彼らの研究の目的は、ひも理論にあるアノマリーという数学的矛盾の解決が最優先課題だった。ある嵐の夜、彼らは黒板の一方と他方に分かれて別々に計算を進めていき、最後に全く同じ答えを導き出した。これで、ひも理論に内在していた数学的矛盾は解決されることが証明された。ひも理論は、万物の理論とよばれるようになった。原子は素粒子、素粒子はクオークからできている。ひもは、振動パターンによって、力の違いをあらわすというのである。実験科学上、ひも理論には大きな弱点がある。それは、ひもは小さすぎて、実験も観測もできないのである。したがって、物理学の理論とはいえず、哲学か数学にすぎないと批判される。それだけでなく、ひも理論は、4次元を超える高次元の空間を必要とするというのも大きな疑念を生む。4次元以上の世界が存在するなど、どう説明できるのかというわけである。ひも理論によると、ひもは小さな小さな存在であり、そういう数十億分の一という小さな世界では4次元以外の他の次元は小さく巻き上げられてしまっている。その結果、数多くの次元が存在しているというので、ますます実証困難ということになる。ところで、宇宙には、20ばかりの基本定数がある。電子の質量や電磁気力などである。これを少し異なる数値にするだけで、われわれの宇宙の姿は現在とは全く違うものになることがわかっている。電磁気力の定数を少し強めただけで、恒星内での核融合反応は止まって、今のわれわれがいるような宇宙は存在しなくなる。ひも理論は、小さく巻き上げられている次元の形によって、それぞれの宇宙の定数が決まるという。ひも理論の最新の研究内容は、まるでSFのような世界である。われわれは、高い次元の空間に浮かぶ、4次元の膜の世界である。われわれの横には、平行宇宙がある。これまで粒子と考えられて研究されてきたものは、実は、振動するひもである。ひもはさまざまなパターンで振動して粒子を作り、われわれの宇宙を作る。ひもの性質を研究すれば、素粒子から壮大な銀河に至るまで、実にエレガントに説明できる。宇宙の統一理論になる可能性があるというわけである。ひも理論には、数学的矛盾のほかに、もうひとつの大きな問題があった。それは、いろいろな人が研究した結果、5つのバージョンができていたことである。統一理論として説明するには、いくら何でもこれは多すぎる。この難問を解決したのが、エドワード・ウィッテンである。1995年、世界中のひも研究者が南カリフォルニア大学に集まった。その場でウィッテンはこの問題に終止符を打った。実は、同じものを五通りの方法で見ていたというのである。これには、M理論という名前がつけられ、ちょっとした大騒動が起こったほどである。それまで、ひもは10次元で働くと思われていた。時間の1次元、空間の3次元と巻き上げられていた6次元であったが、彼はそれにもう1次元を加えて、11次元とした。この場合、次元はすべて、動ける可能性のことをいう。これで、ひも理論の理論的問題はすべて解決されるに至ったのである。まもなく、研究者は11次元の中にあるブレーン(膜)の存在に気がついた。ブレーンは、広がって宇宙と同じ大きさのものがありうる。それどころか、宇宙全体が一つの膜の上に存在して、その膜そのものが、はるかに多くの次元の中にあるという。食パンから切り出した固まりのようなもので、そのようにたくさんある平行宇宙のひとつが、我々の住む宇宙である。人間の体を構成している膜の中にいる限り、それより高次元の別の宇宙の膜には触れられないので五感でわからないのは当然だという。ところで重力は、われわれの太陽系を銀河につなぎ止め、人間を地球上にとどまらせている。このような見ると偉大な力のように思える。重力は、実は他の3つの力と比べれば、とても弱いものである。電磁気力は、重力に比べれば、はるかに強力である。ひも理論はその理由をこう説明する。「本当は重力は強い力であるが、何らかの理由でわれわれにはその強さを感ずることができない」。ビリヤード台で玉がぶつかるときに出る音波のように、重力は拡散してしまっているというわけである。われわれの世界で生まれた重力は、他の平行宇宙へと拡散してしまうのである。して重力だけがそうなのかというと、すべては「ひも」の形に関係がある。M理論上は、物質は両端のあるひもで出来ていて、それぞれの「ひも」はブレーン上にある。ブレーンの上でしか動けない。ところが、重力の元であるグラビトンだけは、ちょうど輪ゴムのような形の閉じたひもなので、ひとつのブレーンの上にとどまっているということはなくて、他の平行宇宙へと逃げていっている。われわれの宇宙からすると、重力はそれほど強いものではないように見えるだけなのだと。それでは、われわれの宇宙とともに存在する他の平行宇宙は、われわれの宇宙そのものと、どういう関係にあるのだろうか。ひも理論はこの問いに対する答えもちゃんと用意している。その前におさらいをすると、かつてのわれわれの宇宙は、非常に小さなものだったが、それが突然爆発したかのごとく急激に膨張したとされている。いわゆるビックバンで、これによってアインシュタインが織物にたとえた時空がとてつもなく広がった。ビックバンから時間の流れを遡って宇宙全体を圧縮していくと、ある時点(特異点)で物理学の法則が破綻してしまう。これが第一の問題である。ひとつのビックバン理論の難点は、ビックバンそのものがどうしてなぜ起こったのかを正確に説明していない。これが第二の問題である。ひも理論の研究者から、宇宙は永遠の過去から存在していたという発表があった。私たちの宇宙が高次元の宇宙に浮かぶブレーン(膜)という説が正しいとしたら、ビックバンはその巨大な膜に関係しているという。二つの膜が何らかの理由で衝突したときに、ビックバンが生じた。いう衝突とビックバンは、無限の過去から際限のない世界で繰り返されているというのである。その衝突がどういう条件で、いかなる原因と結果でそうなるのかは、まだ分かっていない。アメリカと欧州の研究機関では、巨大な加速器を使って、ひもの証拠を調べる実験が行われている。ひも理論でその存在が予言されている超対称粒子を発見するためである。これが発見されたかといって、ひも理論の正しさが実証できるわけではないが、それでも、ひも理論の有力な傍証にはなるらしい。した加速器では、水素に高電圧をかけて電子をはぎとったあとの原子核を、光の速度近くまで加速して衝突させる。その際、重力を生むグラビトンが発生したら、別の次元に逃げていってしまうはずなので、それを観測することが目的である。)が競って研究中である。いうわけで、ひも理論については、研究者の間で賛否が割れている。批判する人は、こんな実証ができない理論は科学ではなくて哲学にすぎないというし、賛成する人は、ひも理論はエレガントで実に美しいので、宇宙のすべてをこの理論で必ずや証明できるものと信じているという。確かに、まるで哲学か宗教のような世界である。したことが、3回にわたり、合計150分の番組で放映された。私はとても感動したが、最後にこの番組が作られた年をみて、愕然としてしまった。日本でこの放送は2005年3月に行われたのに、アメリカでは2003年に作られたという。日本の科学技術はアメリカと比べて2〜3年は遅れているというが、それがこんなところにも現れているとは。NHKも、つまらない大衆迎合番組ばかり作らないで、こういう最先端の科学技術をもっと紹介してもらいたい。自ら作るとしても、これまでやってきたように素人のプロデューサーなどに作らせないで、このグリーンさんのような本物の研究者に出演と製作をしてもらってはどうか。それから、この番組を見終わったあと、私は家内に対してこう言った。「これはすばらしい内容だが、残念なことに、番組で使われた数学の式については、さっぱりわからない。以前、ホーキング博士を紹介した番組で、博士がたくさんの数学の式を前に考え込んで、さらさらと新しい式を書きなぐっていくという様子があった。あんな複雑な式を直感的にすぐ理解できているようだ。その一方で、博士の娘というのが番組に出てきて、子供を抱きながら、『私には数学の式など全然わからない』と笑っていたが、私はその娘と同じ程度だな。」しかし、家内はこう言ってくれた。「あなただって、普通の人にはさっぱりわからない法律の条文や文章をさらさらと書いていくではないの。専門分野が違うだけで、高次な頭の働きという点では、同じよ」。うーん、実にいいことを言ってくれるではないか。結婚30年の隠し味とでも言おうか。著作権法の観点から無断での転載や引用はご遠慮ください。)ハッブル宇宙望遠鏡からの眺め宇宙論の是非はともかくとして、どうだろう、この宇宙の美しさは。猫の眼のようなもの、宝石をちりばめた王冠のようなもの、天使が舞い降りてきているようなもの、燃え盛る火のようなもの、春に土から出てきた土筆のようなもの、メキシコの帽子ソンブレロのようなもの、宇宙の旅ができたら、どんなにすばらしいことか。