“地球がエーテルの中を動いているなら、実験の結果は異なるはずだ。”エーテルが影響する場合を再現する。光は光源から出て分れる。中央に戻るまでにかかる時間はエーテルに逆らって進む光と、横切る光とでは違う。そのため2つの光は1つになった時、互いに干渉する。すると模様の中央部分は暗くなる、というわけ。エーテルで満ちた空間を地球が回っているとこれでわかる。2人がどのような結果を期待していたかはわからないが、当時の科学的な常識を考えれば、エーテルの存在の信じていただろう。違う経路を通った光は速度も違うと考えていたはず。装置の向きをいくら変えて試しても、光は常に同じ速度で進んでいた。奇妙な現象だがそれは正しい結果だった。エーテルの存在を信じていたため、2人は失敗したと考えた。いうことだろう?なぜ試験の結果は予想を裏切ったのか。光は同じ速度だったのだろう。答えは簡単、エーテルなどないからだ。状態や経路がどうであろうと、光には真空に満ちる謎の媒質など必要ないのだ。光は真空をどうやって進むのか?19世紀末には光の正体が、振動する電場と磁界の組み合わせだと分かった。1905年、アインシュタインが光のエーテルは不要だと明らかにした。完全な無の空間でも伝わる特性を持つと示してみせたのだ。マイケルソン達の失敗は語っていた。“エーテルは存在しない、真空はおそらく本当に空っぽなのだ”と。マイケルソン達が無の存在の可能性を偶然にも見つけた後、自然界の奇妙な性質が分ってきた。マイケルソンとモーリーの実験から100年、物理学と真空に対する理解が大きく変化する。変化を招いたのは単なる科学的な好奇心ではない。19世紀後半に入り、真空とその応用がビジネスを生んだからだ。産業は様々な方法で、無から富を生み出した。真空を理解し、利用することから、現在では普通になった様々な技術が生まれた。電球からテレビまでだ。これらの技術が可能なのは、真空を備えているからだ。電球のフィラメントが光り続けるのは、真空の中にあるから。空気に触れるとすぐに燃え尽きる。世界中の都市に電気が通ると、電球の需要が大きく伸びた。安く、効率よく、真空をつくる技術が進歩する。この技術から様々な製品が生まれた。ラジオの真空管、コンピューター、テレビなど・・・しかし真空を利用した技術革新も、科学者のこの発見に比べれば色あせて見える。現実の基本特質の発見だ。真空がより安く効率的に作られるようになり、世界中の科学者が使えるようになった。真空の下では混入物の干渉を受けずに自然界のもっとも小さな構成要素を研究で来た。物理学に革命が起きる。1895年、真空の研究から、X線が発見された。1897年には電子の存在が明らかに、1909年には真空を使い、アーネスト・ラザフォードが原子の不思議な構造を発見。これらの発見が、全く新しい理論を築く。小さな世界での自然の振る舞いについてだ。この理論は現在、量子力学と呼ばれている。量子力学の極微の世界は、日常の世界とは違う振る舞いをする。そこでは私達の常識は通用しない。無の状態が存在しえない世界だ。これは古い物理学の世界、作用と反作用、原因と結果、近くでき、確定でき、認識できる。量子論の世界は違っていた。理解しがたい理論がある。ハイゼンベルクの不確定性原理だ。Durham)「私達は日常では、不確かなことを疑う。様々なことに確かさを求める。自然界は曖昧で、不確かな世界の上に成り立っている。量子物理学が扱う極微の世界は不確定で、未来の出来事を予測できない。測定が不十分なのではなく、これは根本的な特質。自然界は不確かなのだ。不確定性原理を要約しよう。数学を用いずに説明する。2つの全く同じ記憶媒体がある。1つには高解像度画像が入っている。拡大すると詳しく見える。近付こう、ここまで拡大しても、ボールの位置も輪郭もはっきり分かる。分らないのはボールの速度やこの後の動き。1つの中には違う種類のファイルが入っている。重要なのは2つのデータ容量は同じだということ。同じ場面だが、ボールの動きが分る。近付いて詳しく見ようとすると、ボールがぼやけてしまう。画像と同じデーター容量だとボールの動きは分るが、正確な位置の情報を失う。位置の情報が詳しいと、運動の情報を失う。量子の世界では、この2つの情報を同時に得られないのだ。ハイゼンベルクはこれを量子の世界の避けられない特性だとした。量子の変わった特性はどのように無に関わるのだろう。不確定性原理は、別の方法で表現できる。2つの量のバランス、エネルギーと時間だ。重要な考えなので、分りやすく説明しよう。私がこの箱の中の小さな無の空間を調べるとする。理論上はエネルギー量を正確に知ることができる。時の流れを遅くしてみると不思議なことが起きる。今目にしているのは一瞬の映像を引き伸ばしたもの。不確定性原理によれば、一瞬の時を詳しく見ているため、箱の中のエネルギー量の正確な情報を失う。調べる時間をもっと短くして、領域も狭くしたとしよう。するとハイゼンベルクの式は奇妙な現象を示す。この場合、領域内のエネルギーは不確かになる。不確かなためにそのエネルギーから粒子の生まれる可能性がでてくる。その粒子は作られた途端に消える。不確定性原理は示す、ごく短い時間で見ると、極微の世界では何かが無から生まれる可能性があると。その後生まれてきた粒子はどうなるのだろうか?なぜ私達に見えないのだろうか?S.Frenk「真空は一般に考えられる常識とは違い生きている。物理学でいる“量子のゆらぎ”だ。エネルギーを持つ小さな領域が現れては消える。これはハイゼンベルクの不確定性原理では起きうる現象。無からエネルギーを借りられるのだ。真空は生きている・・・奇妙に聞こえるが、私達の宇宙の基本的な原理なのだ。ブリストルのとある小学校、約100年前、後に有名になる2人の生徒が通った。1人はハリウッドで成功したケイリー・グラント、もう1人は2年下の無口で生真面目な生徒だった。英国が生んだ優れた科学者の1人、理論物理学者のポール・ディラック。Dirac')「彼は極めて集中力が高く、ほとんど話さない。人にあまり共感せず、生真面目な人物だった。した性格は、彼を天才にする一方で、仲間との付き合いを難しくする点でもあった。日常の会話でに無駄なことは話さない。話の途中には、長い間を作った。簡潔に伝える適切な言葉を探すためだ。仲間はディラック度を作った。1時間の会話でいかに黙っていたかを表す架空の単位だ。した彼の性格は、辛い子供時代が原因だった。学校の授業は楽しんでいた。数学と製図の才能があった。学校で視覚的な想像力が育った。Farmelo「数学の授業で記号を学ぶと、製図の授業でそれらを幾何学に結び付ける彼特有の物理を見る目がこうしてやしなわれたのだ。本人も自分は優れた視覚型の人間だと強調した。幾何学的な視点で物理学を見た。数学記号に興味があるのではなく、数学の世界を視覚的に見ようとした。工学で視覚的な想像力を高め、その後ケンブリッジ大学で数学を学ぶ。その頃真空の謎の解明に取り組み始めて、無の空間の振る舞いを明らかにした。彼の理論は一見無関係な問題から発展する。1928年当時、物理学は難問と格闘していた。宇宙の振る舞いを解く2大理論が矛盾したのだ。1つはアインシュタインの特殊相対性理論E=mc2で表される有名な理論。美しく簡潔に、高速に近い物質のふるまいを示した。1つはプランクの量子の発見に都筑、極微の世界の法則を説明した量子論だ。問題となるのは次の場合だった。物質が量子効果を受けるほど小さく、特殊相対性が関わるほど速く動く場合だ。電子の振る舞いを説明できなかった。原子の中を飛び回る小さな粒子だ。どちらの理論も正しいなら、2つの特殊相対瀬理論と量子論が両立できなければ、物理学の双壁の1つが誤りだということ。融合の道を見つける必要があった。成し遂げたのはディラック、彼が果たした特殊相対性理論と量子論の融合は、20世紀が誇る最高の数学的偉業の1つ。偶然にも無の新しい特性を明らかにした。彼の思考を非数学的に理解するために、ディラックお気に入りの映画を観よう。『2001年宇宙の旅』だ。好んだ理由を知れば、難問を解いた彼の思考が分るだろう。Man「キューブリック監督が言っている。言葉ではなく、視覚的なイメージだけを使って、優れた作品ができるか試したのだと。ディラックの理論物理学によく似ていると思う。彼にとって重要なのは数学の方程式、そして式の意味を視覚的に捉えた。抽象的な映像は彼をひきつけた。視覚的な想像力を掻き立てられたからだ。彼には高度で独創的な思考力があった。それらが1928年に実を結び、電子を説明する方程式が生まれた。2つの世界が融合した。アインシュタインの特殊相対性理論と量子論の不思議な世界だ。その式はディラック方程式と呼ばれる。単なる記号の集まりのようだが、数学者にとっては美しい方程式。複雑で対照的な数学的理論が融合し、明瞭に表現されている。これはディラックが通った小学校にある銘板。彼の方程式が記されている。少ない記号で宇宙の真実を示している。見た目はシンプルだが、数学の理論が広がる巨大な氷山の一角だ。個々の項は多様な理論に枝分かれし、特別な関係でつながっている。この方程式を基に多くの数学者が偉大な理論を発展させ、生み出してきた。「例えば詩はもっとも圧縮された言語表現といえる。少ない言葉の中に多くの意味が込められている。ディラックの式は詩に似た簡潔さがあり、展開できる。シェイクスピアの詩には常に発見がある。ディラックの式も同じ、見直すたびに最初は気付かない新しい発見がある。本人は、“式は自分より賢い”といった。与えたより多くを語ると・・・」この方程式は彼に奇妙なことを語っていた。無の空間の概念を再定義することになる真実だ。彼は電子を表すために、4つの式を使う必要があった。γ(ガンマ)を使って表した式だ。それにより特殊相対性理論と量子論が融合する。4つを要することが不思議だった。彼や当時の物理学者達も最初の2つは理解できた。実験室で目にする電子の動きを表している。2つの式は何か別の電子の存在を示していた。誰も見たことのない電子だ。ここは私達が知る世界、ここにあるのは何倍にも拡大された通常の電子。その電子を有する無数の原子がテーブルや私など、あらゆる物質を構成する。ディラックは式が示す謎の新しい要素が、新しい粒子の存在だと気付いた。それは電子のようでいて、通常の電子とは全く違うもの。方程式が表しているのは反電子と呼べるようなものだった。