東京大学 特別講演「重力とは何か」
Summary
TLDR大栗博志氏が香取数物連携宇宙研究機構(カブリipmu)を紹介し、重力に関する7つの不思議を語る。カブリipmuは数学・物理学・天文学を結集して宇宙の謎を解く国際的な研究所。重力は自然界で最も弱い力だが、ちょうど良い強さで星や生命が誕生する。アインシュタインの理論により重力は空間の曲がりとして解明されたが、量子力学との統合は未解決。夜空が暗いという疑問も実は宇宙の膨張や始まりと関係しているとされる謎につながる。
Takeaways
- 😊 香取数物連携宇宙研究機構(カブリIPMU)は、2007年10月に設立され、今月で15周年を迎えました。
- 🌍 カブリIPMUは、数学や物理学、天文学の力を結集して宇宙の謎を解明することをミッションとしています。
- 🌐 研究所には常勤の研究員が約100人おり、その半数以上が外国籍です。
- 📚 これまでに約200名のポストドクトラルフェローが在籍し、その6割が世界各地の大学や研究機関で教職に就いています。
- 🌌 重力は物理学者にとって最も不思議な力であり、宇宙の深い謎を解明する手がかりとなると考えられています。
- 🔍 アリストテレスは、物質が4つの元素(地、水、火、空気)から成り、重力は地球の中心に向かう性質だと考えました。
- 🔬 ニュートンは、物体の運動を変えるものを力と定義し、重力を基本的な力の一つとして位置づけました。
- ⚛️ 自然界には重力、電磁気力、弱い力、強い力の4つの基本的な力が存在し、その中で重力が最も弱い力です。
- 🚀 重力は空間と時間を曲げる性質を持ち、ブラックホールの周りでは特に時間の進み方が極端に変わります。
- 🌠 宇宙には始まりがあり、ビッグバンによって高温高密度の状態から膨張していることが観測されています。
Q & A
カブリIPMUはどのような研究所ですか?
-カブリIPMU(香取数物連携宇宙研究機構)は、数学、物理学、天文学の力を結集して宇宙の最も深遠な謎を解くことをミッションとする研究所で、非常に国際的な研究所です。
カブリIPMUの設立はいつですか?
-カブリIPMUは2007年10月に東京大学の柏キャンパスに設立されました。
重力の不思議さについての科学者の視点とは何ですか?
-重力は日常的に経験する力ですが、物理学者の立場からすると最も不思議な力であり、それを理解することで宇宙の深い謎が解ける可能性があると考えられています。
重力が弱い力とされる理由は何ですか?
-重力は他の自然界の基本的な力に比べて非常に弱い力です。例えば、磁石が地球の重力よりも強く鉄を引き付けることからも分かります。
アインシュタインの重力の理論とは何ですか?
-アインシュタインの一般相対性理論は、重力は空間と時間の曲がりとして説明されるもので、重力が時間や空間を曲げるとされます。
夜空が暗い理由についてのオルバースのパラドックスとは何ですか?
-オルバースのパラドックスは、宇宙が無限に広がり星が一様に分布しているならば、夜空は無限の光で輝くはずだが、実際は暗いという矛盾を指摘したものです。
オルバースのパラドックスの解決方法は何ですか?
-夜空が暗い理由は、遠くの星からの光がまだ地球に届いていないためであり、これは宇宙に始まりがあることを示唆しています。
宇宙の始まりについての最新の観測結果は何ですか?
-宇宙の始まりはビッグバンと呼ばれる高温高密度の状態であり、ジェームスウェーブ望遠鏡などの観測によって最初の星の誕生などが調査されています。
人間原理とは何ですか?
-人間原理は、自然界の法則が知的生命体の存在を可能にするように設定されているという考え方で、これにより知的生命体が存在しない宇宙は考慮されないという原理です。
重力がちょうどいい強さである理由は何ですか?
-重力がちょうどいい強さであることで、星や惑星が形成され知的生命体が生まれることが可能となり、宇宙が長期間存続できるようになっています。
Outlines
📚 カブリIPMUの紹介と重力のテーマ
大栗博志氏は、香取数物連携宇宙研究機構(カブリIPMU)の設立と15周年について触れ、研究所の国際性と研究者の優秀性を強調しました。カブリIPMUは数学、物理学、天文学を組み合わせて宇宙の謎を解くことをミッションとしており、多くのポストドクやフェローが世界中の大学や研究機関で活躍しています。また、重力という自然現象に関する講演を開始し、重力が日常で最も馴染み深い力でありながら、物理学者の立場では最も不思議な力であると語りました。
🔬 重力の基本とアインシュタインの理論
講演では重力の定義と古代ギリシャのアリストテレスの考え方から始め、ニュートンが力の定義を与え、自然界の4つの基本的な力として重力が挙げられるようになったと説明しました。20世紀に弱い力と強い力が発見されたと触れつつ、重力が最も弱い力である点に不思議を感じる理由を語りました。さらに、アインシュタインが重力を時間や空間の曲がりに関係するものと結論付け、特殊相対性理論と一般相対性理論を通じて重力の根本は空間の曲がりにあると語りました。
🌌 ブラックホールと重力の謎
重力が空間と時間を曲げることと、それがブラックホール周りで極端に変化することについて話しました。ブラックホールの近くでは時間が遅くなるため、通信が難しくなると例を挙げて説明しました。また、重力が場合によっては消えることができると述べ、自由落下状態での飛行機での観察が重要な検証となっていると語りました。重力の研究は宇宙の膨張や謎に満ちたブラックホールの理解にも繋がると強調しました。
🌟 重力と量子力学の未解決問題
重力と量子力学の統合が未解決の問題であると説明し、素粒子の世界は非常によくわかっており、標準模型が完成している一方で重力が含まれていないことを指摘しました。重力を量子力学と統合しようとすると不確定性原理と相性が悪く、理論を作り上げるのに困難が生じると述べ、現在研究が進んでいる表現理論などの理論を紹介しました。
🌌 オルベルスのパラドクスと宇宙の膨張
夜空が暗いという疑問に触れ、オルベルスのパラドクスと呼ばれる問題について話しました。星が無限に広がっており、遠くからの光が地球に到達していないことが解として提案されました。また、宇宙の膨張を発見したハッブルの観測と、宇宙が高温高密度の状態から始まったビッグバン理論に触れ、宇宙の始まりと膨張がオルベルスのパラドクスを解決する可能性があると語りました。
⭐ 重力の適正さと宇宙の秩序
重力の強さがちょうど良いと宇宙の秩序との関係について話しました。もし重力が弱かったら星や惑星が形成されず、強い場合はブラックホール化して生命が誕生しにくくなると説明しました。重力が知的生命体が生まれるために必要な強さであると述べ、宇宙の基本法則が生命誕生に非常に都合が良いと感じる理由を探求する必要があると語りました。
🤔 哲学的な議論と研究の未来
重力に関する哲学的な議論が科学的な状況を説明する場合にも必要であると述べ、人間原理という考え方を紹介しました。また、研究者が重力の七不思議を探求し、その結果が宇宙の深遠な謎と結びつくと語りました。講演を締めくくり、聴衆に質問を募集しました。
Mindmap
Keywords
💡カブリipmu
💡重力
💡アリストテレス
💡ニュートン
💡基本力
💡アインシュタイン
💡ブラックホール
💡量子力学
💡表現理論
💡オルバースのパラドックス
Highlights
香取数物連携宇宙研究機構の15周年を迎える
研究所の国際性と優秀な研究者の紹介
重力というテーマの説明と七不思議の紹介
重力が最も馴染み深い力であると同時に最も不思議な力
アリストテレスの元素説と重力の考え方
ニュートンが力の定義と重力の理解に与えた影響
自然界の4つの基本的な力と重力の弱さ
重力が弱い力であることとその意味
重力が消えている状況の説明
アインシュタインの重力理論と空間の曲がり
時間と空間の概念の変遷とアインシュタインの貢献
ブラックホール周りでの時間の曲がり
GPS技術とアインシュタイン理論の関係
重力と量子力学の統合の難しさ
表現理論と物質の基本単位の考え方
夜空が暗いという謎とオルバースのパラドックス
宇宙の膨張とビッグバン理論
重力の強さがちょうどいい理由と哲学的考察
人間原理と自然界の法則の関係
Transcripts
皆さんこんにちは
香取数物連携宇宙研究機構の寄港地をして
おります大栗博志です
略してカブリipmuと呼ばれているこの
研究所は2007年10月に
東京大学の柏キャンパスに設立され今月で
15周年になります今日は
重力とは何かというお題でお話をしますが
その前にかぶりipmuについて
簡単にご紹介したいと思います
被り数物連携宇宙研究機構英語でカーブル
インシティユートピジック&
マーズマティクスと申しますがこれはこの
名前
Physicsとかマスはテクスとかいう
名前が示しますように
数学や物理学天文学の力を結集して
宇宙の最も親衛な謎を解くとこれを
ミッションとしている研究所です
非常に
国際的な
研究所でしてそれで常勤の研究員が柏
キャンパスに100人程度
研究をしているんですがその
半数以上が
外国籍で
しかもその
外国からいらっしゃる研究者非常に優秀な
方ですでしてですねで毎年あの20人程度
新しいポストドックトラブフェローという
方に来ていただくんですけれどもこれまで
研究所でできて20年間15年間に約
200名あの人気を満了して
旅立っていきましたでその6割がすでに
世界各地の大学や研究機関で
手にはもしくは手にはトラックという
教職についております
例えばこのスザンナルファードさんって
いうのは私の研究分野は非常に近いところ
で研究をされてたんですけれども今
ベルン大学の教授をなさっていますしあと
カリフォルニア州立大学の天文台帳なさっ
ている方とかですねそれから中には日本に
来てそれで日本の大学の教員になられた方
もいますでこう例えものもですね非常に
ユニークな
構造になっていましてですね
研究者の交流を促進する
構造になっていますこれあの今回は
オンラインの一般公開ですのでお目に
かけることはできないんですけれども
ぜひ
来年はですねあの
対面というか
直接来ていただけるような一般公開になっ
てですねあのお見せしたいなと思っており
ます
であの今日は重力とは何かというお話を
しようと思いますねこう改めて聞か
れて一体どういう話なのだろうと思われる
かもしれないんですけれども
確かにあの重力っていうのは僕らが日常的
に経験する力で最も馴染みが深いんです
けれどもあの物理学者の
立場からすると実は最も不思議な力なん
ですねでそれを理解することで実は宇宙の
深い
謎が解けるのではないかと思って
研究をしているわけですでこういうふうに
ですねちょっと考えると当たり前かなと
思うことを不思議だって思うのはですね
あの科学者にとってとっても大事でですね
例えばこれ日本で2番目にノーベル賞を
取られた友永真一郎先生がこう書かれて
いることなんですけれども
不思議だと思うことこれが科学の目です
よしよく観察して確かめそして考えること
これが科学の九鬼ですそして最後に謎が
解けるこれが科学の花ですこういうふうに
おっしゃっているんですねでですからあの
僕らもですねまあ宇宙についていろんな
不思議なことがあってですねでそれをまあ
例えばスバル望遠鏡であるとかですね神岡
鉱山の中の観測所で
宇宙をよく観察して確かめてで数学者や
物理学者理論物理学者の力を動員してよく
考えてで
宇宙の研究の茎を作っていくとで最後に
ですね宇宙の謎を解きたいとそういうこと
をやっているわけです
で
重力について色々不思議なことがあるん
ですけれどもそれを今日は
七不思議という風にまとめてお話をしよう
と思いますでまず最初はですねあの重力が
力だっていうのがまあ不思議だっていう話
をしようと思うんですけど
当たり前じゃんってこう重力って書くわけ
ですから
力なんですけれども
実は古代の人にとってはそれほど当たり前
ではなかったんですね例えばこう
アリストテレスっていう人がいるんです
けれども
彼はですね
すべての元素も物質っていうのは4つの
元素からできていると考えたんですねあの
土と人と水とそれから光で
火でしたっけか
空気で空気からできていると
考えたわけですけども僕らみたいなものは
ですねだいたい土からできてるでそうする
と地球の中心に帰ろうとする性質があると
だからそういう性質なんであって特に力
っていうわけではないと考えたんですねで
あの物理学っていうのは割と厳密性を重視
する学問なので
そもそもいろんな
研究をする上で言葉の定義っていうのを
非常にあの
重要にするんですですねでですからあの
重力とは何かっていう話をするときのです
ね力っていうのは何かっていうのを考え
ないといけないんですねでこれを定義を
ちゃんと与えたのはこうニュートンなん
ですけれどもあのニュートン流の考え方
っていうのはですね
物体の運動を変えていくものはすべて力
力がなければ物体はまっすぐ飛んでいくと
で例えばこうボールがですねこうやって
Googleって曲がるとですねあここに
は何か力が働いてるんだろうっていうふう
に
考えるわけですね例えばこの地球があっ
たらこう重力が働いているでこれ重力が力
だとまあそういうふうに考えるんですねで
そういう風にして研究をしていってですね
あの現在では自然界には4つの基本的な力
があるということがわかっていますで重力
電磁気の力それから20世紀になって弱い
力と強い力という2つの新しい力が
見つかりました
これはちょっとあの今日のお話とは違う
ずれるのであんまりお話できませんが
興味のある方は実は私そのための本を書い
たのであのそちらもご覧いただければと
思うんですがあの
原子核の中で働いている力で例えば原子核
の中に容姿や中性子っていうのがあるん
ですけれどもあのそれは実は
クォークっていう3つのより基本的な粒子
からできていると
考えられていてですねでそれが結びついて
こういう粒子を作るときに重要になるのが
強い力とで
弱い力っていうのは例えば放射線が起き
たりとかですねその地震のまあ
元になるんですね
放射線の力とかですね太陽を燃やすそう
いう時に
現れる力そういうものでありますでこう
いうふうに自然界には4つの力があるん
ですけれどもそこの中で一番弱い力が重力
なんですねでそう言われると
不思議なんですけれどもこれがだからこう
2つ目の
不思議なんですねで
重力っていうのは弱いって言われるとなん
でかなそもそも
僕らにとっては一番強く
感じるような力ですよねそれがあるから
あの
僕ら地球の上にいられるわけですけどもで
も例えばこう考えてみてください例えば
ここにあの
磁石があってですねこれは鉄を惹きつけ
てるんですねでこれがですね
地球から重力があっても鉄がちゃんとこう
やって
磁石に引き付けられて上がっていくわけ
ですねそうするとですね
実際磁石なんていうのは高田から10g
ぐらいのものですけれどもそれがですね
60億×10億×10億グラムぐらいの
ですね地球の重力より強いとただしそれ
ぐらいの
重力を集めてきてもこんなちっぽけな磁石
に負けてくる島とそれぐらい弱いっていう
わけなんですねでそれから例えばですね
ここにコップが机の上に
置いてある写真があるんですけれどもこれ
は
重力がかかっているわけだからこう
下に落ちていってもいいんですけれども
その机をすり抜いかないそれはなぜかと
いうとですね机の中にこう電子がいっぱい
あってですねコップの中にも電子があって
ですねまあ
簡単に言うとその電子の間の
電磁気の反発力でこう落ちていかないん
ですよねだから電磁気の方が強いからこう
あのここ
潜っていかないというその
くらい強いというわけなんですねで実は
その弱い力なんていうやつをさらに弱いと
いうわけでなぜそのくらい弱いかっていう
のは実は不思議なんですねこれは
後でもう少しお話ししようと思います
でこうで重力は強かっ強いかと思ったら弱
いっていう話をしたんですけども
実は場合によってはこう重力を消して
しまうこともできるんですねで例えば重力
が消えている写真とかいうのお耳にかける
とですねこれはこういう写真があるんです
ねこれは
重力の研究で
非常に有名な
スティーブン放棄
数年前にもなくなりになってしまったあの
理論物理学者でまああのここ100年代で
最も偉大な
物理学者の一人というふうに言っていいと
思うんですけれどもこれ彼が重力が感じて
いない
写真なんですこれどういう風に撮ったかっ
ていうとまあ
飛行機を打ち上げてですねであるところで
エンジンを切ってこう自由落下していくと
柔らかしていく中では重力が
ないように感じられるって言うんですねで
これ実はとっても大事な
監査でですねでこれはアインシュタイン
自身がこの観察をですねあの人生で最高の
ひらめきだというふうに
読んでいるんですね
落ちていくときには自分の重さを感じない
とこう落ちていく飛行機の中で見るとです
ね
確かにあの
自分のの重さを感じないわけですよねで
この観察からですね実はアインシュタイン
は
重力のまあ
根本っていうのは時間や空間の曲がりで
あるとまあそういうことを
結論したんですねでそれをちょっとご説明
しようと思いますでこのアインシュタイン
はですねこのさっきの人生で最高のひらめ
きっていうのはですねまだあの大学に教職
がなくてですねまあベルンの特許庁でこう
あのお仕事をしてる時にですねあのふと
思いついたんですけれどもそれが思いつい
てから10年かけてですね
重力の基本理論である一般相対性理論と
いうものを
構築しました
でこれはですねあの時間とかは何かとか
空間とは何かとかいうそういうまあ深遠な
問題にも
関係するあの理論として重力の理論を作っ
たんですねだから重力っていうのは実は
すごい深いものだったということがまあ
アインシュタインの理論に分かったわけ
ですけれどもこう時間とは何か空間とは何
かっていうのは古代からいろんな人が考え
てですねで例えばアリストテレスさっき出
てきたアリストテレスが彼は
自然は真空を剣をするって真空権をという
ことを言ったんですがそれはなぜそういう
ことを言ったかというと時間や空間って
いうのは実はそれだけでは存在しないで
そこの中に物質があってそれが運動して
いることによって初めて現れるとだから
物質が全くない真空っていうのはないん
だっていうことを
彼は考えたんですねでところがですねこう
ニュートンはいやいやそうではないという
ふうに考え直してですね
実はこう
宇宙にはこの世界にはですね絶対時間こう
無限の過去から無限の未来に日常に流れる
絶対時間というものがありそれから絶対
空間というものがあってそこの中で物理的
な現象が起きているまあだから絶対時間
絶対空間というのがまあある意味でこう
劇場みたいなものですねそこの中で
物理現象がまあ劇のようにして起きている
とまあそういう
考え方をそういう時間や空間についての
考え方を
表したんですねでそれに対して
アインシュタインはさらにそれを
ひっくり返してしまうで例えばですねあの
その一般相対性理論を
発表する10年前に特殊相対性理論って
いうのだっけあの発表してるんですがそこ
ではですねすでにですね時間や空間の性質
が
観測の仕方によって変わるということを
指摘しているんですねでさらにこの今お
話ししている一般相対性理論ではですね
重力があると実は時間や空間を曲げ
るっていうことが曲げ
るってどういうことかっていうことをです
ねちょっと少しご説明しようと思います
でまぁ僕らの3次元の空間の中でそれが曲
がるっていうのは僕らも3次元に住んでる
のでなかなか想像しにくいのででちょっと
あの次元を下げてですね
二次元の
空間に僕らが住んでいるとしてその空間が
曲がるというのはどういうことかなって
いうのをちょっと考えていますねでこれは
実はあの19世紀のイギリスにあの風習
小説でフラットランドっていう面白いあの
小説があってまあそれの例えを使わせて
もらうんですけれどもこのフラットランド
なかなかちょっと話が取れるんですけれど
も面白くてちょっとお話ししておきたいん
ですけれどもあのフラットランドの上に二
次元の空間の上に人が住んでるわけですよ
ねでそこの中の人っていうのはいろんな
図形の形をしているでスクエアさん
四角の
資格っていうのがいたんですねでこの服屋
さんがあるときにこう町を散歩してると
そして目の前にですね突然ですねあの
円が現れるんですねでそのなんかフラット
などではなんか四角い人よりも悪い人の方
がイライラしくって服屋さんは偉い人が
現れたとこを持ったわけですけれどもその
丸がですねあるところからですねギュッと
大きくなってそれでギュッと小さくなって
萎んでなくなってしまう一体何が起きたん
だって思うわけですねで実はこれはですね
あのスクエアさん知らなかったんです
けれどもこうフラットなどのもう一つ次元
があってですね3次元の空間の中に
フラットランドがこう浮いてたんですねで
そこにですね
9がこうやってきてですね
交差していくとそうするとあたかもその
なんか円ができてですねそれが広がって
閉じていて亡くなってしまうようにな
るっていう話なんですけれどもそれでです
ねその中でスクエアさんはですねこの
旧とですね
フェアさんていうんですけども
仲良くなってですねまあ高次元の世界に
連れてってもらうっていうそういうお話な
んですねでですか皆さんもですね
街を歩いててですね突然点が現れてですね
でそれがボコッと9になってですねそれが
また消えてまあそういうような現象をご覧
になったらですねそれ実は4次元からです
ね9がやってきたのかもしれないですよね
また企画ですねあのそんな
例えばそういう二次元にですねこうあの
アインシュタインがいたとしてですねでそ
したら2次元ではどういう重力理論を作っ
ただろうかっていうのを考えてみますそう
するとアインシュタインの方程式っていう
のをこの2次元でこういうふうに
解釈し直してみるとですねこういうふうに
説明できる
例えばここに何かある二次元の空間の上に
ですねある点の上にですね
重いものがあったとそして
アインシュタインの理論によるとこの2
次元の面の曲がるって言うんですねでどう
いう風に曲がるかというと
実はですねこう
縁が点があってそこの周りぐるっと回ると
普通は360度なんですけれどもここに
重いものがあるとですねこの核とか少し
食われてしまってですね
食われてしまってですねこうここをぐるっ
と回っても360度よりもちょっと角度が
少なくなるんですねでこれを欠損角と
言います
この欠損角ができるっていうのがこの
アインシュタインの重力理論ですねまあ二
次元の場合に当てはめるとですねでそれが
重力となんとか何の関係があるかというと
ですね
例えばですね
欠損格ができるとあたかも重力が働いて
いるかのように
物質の運動が曲がる物質のが
運動の向きを変えるということを示すこと
ができるんですねで例えばですねこうここ
に欠損角があったとするじゃないですかで
ここ2つの物体がこうまっすぐ走っている
と思うじゃないですかでところがですね
ここに欠損角があるものですからこれを
ですね貼り合わせてみるとですねこう
あたかも曲がっているように見えると
そしてあたかもこの赤い点のところにです
ね重いものがあってですねそれに引き連け
られてですねこの2つの
物体の運動の向きが曲がったとで向きが
曲がったってことは
ニュートン流に言うと力が働いたという
ことですからこう実際にはですね力も働か
ずにですね物体はまっすぐ走ってるはずな
のにここに
欠損角があってこの2次元ませんが
ちょっと曲がってるがためにあたかも重力
が働いているかのように見えるとでこれが
ですねあの
アインシュタインの
重力の説明なんですねだから空間の曲がり
として
重力を説明しているこれが今
二次元のちょっと例えで説明したんです
けれども3次元のアインシュタインの理論
というのも原理的にはこういう考え方なん
ですねもっと
複雑な数学を使わないといけないのでここ
では説明できないんですけれども
考え方は全く
同じことです
でそれともう一つですね重力は時間も
曲げる
空間が曲がる面が曲がるっていうのはまだ
わかるかもしれない時間も曲が
るっていうのはどういうことかって時間が
進み方が変わるって事なんですねで
特にですねそれが極端になったのが
ブラックホールというわけでブラック
ホールの周りではもう時間が極端に曲がる
時間の進み方が極端に変わるのでそこから
誰も逃げられなくなってしまうんですね
例えばこんなことが起きるんですね
例えば僕がですね
妻にですねでブラックホールの近くを見て
来いって言われてですねで毎日こうメール
をしてですね連絡しますよってブラック
ホールの近くを見に行ったとするじゃない
ですかでところがですねあの私はですね
煮付けに従って毎日メールを送りながら
ブラックホールに近づいていてついにです
ねブラックホールの中までこう入っていく
んですけれどもその地球にいる彼女から
見るとそうは見えないんですね
毎日私はメールを送っているつもりなん
ですけれども
彼女の方からすると1日に1回メールが来
てたはずなのにそのうち1週間に1回に
なって1年に1回になって10年2回に
なってなかなかメールが届かなくなるで
しかも
ブラックホールの中を見てこいって言った
のになんかブラックホールのすぐ近くで
止まって
全然動いてるように見えないって言うん
ですねでこれはあの私が見る時間の流れと
それから彼女の見ている時間の流
れっていうのが
ブラックホールの周りで時間が曲がってる
せいで違って見えるということなんですね
これも実は重要な性質でですねでこういう
あの時間の周りとか空間の周りを計算に
入れないとですね
実は
現代のいろんな技術が使えないんですね
例えばGPSって言って皆さんのあの
スマホの中の
地図アプリなんかに使われているGPS
っていうものがあるんですけれどもこれら
ともですねこういうアインシュタインの
理論の効果を
計算に入れないとですね大きな誤差を生ん
でしまうということがあって実は日常生活
にも実はこういうことが
使われているんですね
でこのようにですねまあ今まで4つ
重力の不思議をお話ししました
重力は力であるとで重力は実は弱い力なん
だとで場合によっては消せるこれが実は
あの
非常に重要な観察でこれによってですね
アインシュタインは重力は時間の曲がりだ
というまあ結論に達したんですねで
重力とは何かっていうあのお話をするって
言ってでアインシュタインの結論は重力が
曲がりだってことだったんですけどこれが
あの答えでも良かったんですけれどもで実
はですねあと3つ謎があるわけですねで
それはなぜかっていうと実はこれで決着し
たわけではないとでそれはなぜかっていう
とですね自然界にはもう一つですねあの
量子力学っていう
不思議なあの
議論があるんですねこれは素粒子の世界を
まあ
支配してる
法則なんですけれどもこの重力という
いろんなこう天体現象などを説明する理論
とですね
世界領収力学という
ミクロの世界を説明する
理論がですねなかなか本格的にうまく
組み合わさないとでこれがですね非常に
難しいんですねで僕らは
素粒子の世界っていうのは素粒子の世界で
もう非常によくわかってきている例えば今
からあの10年前にですねあの
セルンっていうヨーロッパの研究所で弾薬
良しという新しい粒子が見つかってこれが
あの大ニュースだったんですけれどもそれ
なぜ大ニュースだったかというとそれまで
あのそれを
物理学者はですね
素粒子の標準模型と呼ばれる
素粒子のまあ一番
基本的な法則の
集めたものですねがを作ってきたんですね
でそれがそれの最後の予言がこの
フィックス
粒子の発見になりでこれがされたことで
ですねこの
ソリューションの標準模型が完成したん
ですで僕らある意味でまあだから
セルのエネルギーで見ることができる素
粒子の世界っていうのはもう完全な理論を
持ってるわけです
でところがですねあのこの
理論の中には重力が含まれてないんですね
こういう理論に重力をうまく組み込むって
いうのはもうあの最先端の
理論物略を使ってもですねなかなか難しい
とで一方ではですね宇宙には重力がある
ことはもう明らかなわけですからで自然界
の法則っていうのは一つの数学的に
辻褄があった法則で自然界のことが起きて
いると
僕ら思っているのでそうするとですねこの
2つがうまく重力とですね素粒子の理論が
ですねうまく噛み合わないっていうのは
とても困ったことなんですねなんでそんな
困ったことが起きるかというとですね
重力っていうのは先ほど申し上げたように
時間や空間を曲げるとで一方でですね量子
力学ではですね
配線ベルグの不確定性原理という言葉をお
聞きになった方がいらっしゃるかもしれ
ないんですけれどもいろんなことが不確定
になってしまうということがありまして
ですねでそうするとこの2つを
組み合わせるとですね
や空間もですねこう不確定になってしまう
そんな世界の中でどういうふうに理論を
作っていいかっていうのがまあなかなか
難しいところがあるんですねでこれをまあ
もう皆さん非常に
僕も含めてですねあのいろいろ頭を悩まし
てきてで今んところですね
唯一この
自然界の重力の世界とですねそれから
素粒子の弱い力が強い力などに支配されて
いる
ソリューションの世界ですねこの2つを
統一する理論の唯一の候補として考えられ
ているのが
表現理論というものなんでありますで実は
これあの私が
書いた解説書なのでもしよろしければ今日
のお話を聞いて
興味がありましたら読んでいただきたいん
ですが実は
数年前にあの
講談社の科学出版賞というものをいただい
たんですけれどもこの理論ではですね物質
の一番の基本単位っていうのは
点のような粒子ではなくて1次元的に
広がったこう
紐のようなものであるとというふうに考え
てこれは実はまだ未だにあの仮説の段階で
ありましてこれからいろいろな実験的な
検証をしていきたいと思っているんです
けれどもでその被りITMUなどでやる
今後10年にやるような研究の中でもです
ね
宇宙の始まりの様子を見ることによって
まあ証言理論の予言とですね
検証していきたいというふうにも思って
いるところでありますでそういう
検証はこれもこれからさらにしていか
なければいけないんですけどすでにですね
まあ
素粒子の理論
量子力学の理論と重力を統合したような
理論から出てくる様々な謎理論的な謎を
ですね
解析してきました例えば
先ほど出てきたスティーブンホーキング
さんがですね指摘した
ブラックホールの情報問題っていうまあ
このもう何十年にもわたってですねあの
理論物理学者を悩ましてきた問題があるん
ですけれどもそういう問題についても
きちんとした
回答を与えているとそういう理論なので今
IPMなどでもいろんな理論物理学者
数学者交えて研究をしている理論であり
ます
でまぁちょっとですねここでですねあの話
の方向を変えてあの夜空はなぜ暗いかと
いうことをもう一つの
重力に関する謎としてこうお話ししたいと
思いますであの
夜空はなぜくらいかってそれ当たり前じゃ
ないかこうあの太陽が出てないからまあ
それそれもまあ答えとしては悪くはないん
ですけれども
実はもう少しあの
考えてみるとですねそれだけではどうも
ないでそれをよく考えてみると
実は宇宙の深い
謎と結びついているということをちょっと
お話ししたいと思いますでこれはオル
バースのパラドスっていうお話なんです
けどこれは
200年ぐらい前のですねあの
ドイツの
専門学者の人が
指摘した問題なんですけれどもこういう
問題があるんですねあの
宇宙には星がこういっぱい広がってこれは
一様にこう広がっているとしようじゃない
からでそうするとですね
地球からある距離まで行ったところに星が
ある数があると
でそこから2倍の距離のところまで見て
みようとで2倍の距離のところに見ると1
個1個の星からの光っていうのは弱くなる
んですよねでこれは
遠くの方のものほど
光が弱く見えるっていうのは皆さんお
分かりだと思うんですけども
実は距離の
事情に反比例する逆事情の法則っていうの
があってですね
距離が倍になると1個1個の星からの光
っていうのはようやく4分の1になるん
ですねそうすると遠くにある保守ほど光が
弱くなるんですけれども一方で地球からの
距離が倍になるとそこにある星の数って
いうの増えるんですよねそれなぜかという
と星が一様に分布してるとするじゃない
ですかそうすると
地球からある距離までにあるのところの
ですね救命の
面の広さ面積ですねでこれが距離が倍に
なると
面積4倍になるわけです
ですからそうすると星の数もそのあたりに
は4倍あるというふうに
考えられるわけですよねそうすると1個一
個の星からの光の強さっていうのは1/4
になったんですけれどもところがですね
腰が4倍になったので距離が倍になっても
届く光の強さっていうのは全部星の
光を足したら同じでになるわけです3倍に
なっても同じ10倍になっても同じという
ことでどれだけ遠くに行ってもですね
同じだけの光の
強さの光がですねそこから届いてくるわけ
ですでそうするとですね宇宙が無限に広く
てですねであのそこに星が一応に分布して
いるとするとですねどう考えてもですね
あの
無限の光が地球に注いでいなければいけ
ない
仮に太陽が
昇っていなくても
宇宙
夜空っていうのもものすごく眩しいはず
だっていうのが
導かれてしまうのでこれはもちろんあの
実際の僕らの観察と矛盾しているわけでで
これは一体どういうことなんだっていうの
がオルバースのパラドックスなんですね
であのあここに書いたんですけれども距離
が2倍になっても届く光の強さは同じで
これが合わさると上空は無限の強さで輝く
というパラドックスなんですねでこれを
ですね僕の知ってる限りであの
正しく解いたのは
江戸川っていうまあ小説家叙述家
主人なんですねで彼が亡くなる直前に書い
てあのユリイカという風にこう書いてある
んですけどもちょっと読んでみますと
星々に限りがなければ
空の背景には星の存在しない点など絶対に
ありえないので
夜は銀河のように一応の輝きを見せるはず
であるこれが先ほど言った話なんですねで
にもかかわらず望遠鏡であらゆる方向に
空虚な世界が見つかっていると夜空は暗い
と
夜空に暗いところがたくさんあると
腰じゃが見えないところにはこの写真でも
そうですよねでその2つっていうのはどう
いう風にしてたら戦国的に考えられるで4
の答えはですね
距離があまりに遠いので我々のところまで
まだ光線が届いていないと考えるしかない
というふうに言ったんですね
遠くの
腰からの光というのはまだここに届いて
ないじゃないかっていうことなんですよで
実はこれが正解だったんですねこれ
びっくりなんですけれども江戸川乱歩さん
偉いじゃないのって思ったんですけれども
でもこれ実はあの仮定してるんですね
遠いところからのあの光が届いてまた届い
てないってことを宇宙に始まりがないと
いけないんですね
宇宙が未来永劫から
始まったとしたらですねどんな遠いところ
からでも地球に光が届くことはできたわけ
なので
宇宙に始まりがあって初めてこういうこと
が言える
実は宇宙には始まりがあったんですねで
これがあの
1929年にですねウィルス判断の天文台
でハッブルというこの
専門学者が見つけたんですけど
実は私あのカブリック
数物連携宇宙研究機構の機構長なんです
けれどもアメリカのカリフォルニア工科
大学っていうところの
教授もしておりましてこのウィルソン山の
天文台っていうのはカリフォルニア工科
大学のすぐ近くにあってですね僕の
オフィスからこう見えるんですよねであの
よくあのお客さんがあるとですねあそこで
宇宙が膨張しているということが見つかっ
たんだということをあの自慢するんです
けども宇宙がこう膨張してるって事はこう
フィルムのようにですね宇宙を逆も逆戻し
してですね宇宙の確保を
探っているとある時にですねあの
宇宙は高温高密度の状態があったはずだと
いうことになるわけですねでこれは
ビッグバンとこういうふうに
読んでいます
でこうビッグバンの様子がどうだった
かっていうのをですね観測しようっていう
のは本当今最近
宇宙の精密に観測技術で発達してきまして
ですね先ほど申しましたように
僕が研究している証言理論の検証などでも
ですねそういう方向が非常にあの
希望が持てるんじゃないかと思ってるん
ですけど例えばこれは今年の夏にですね
あの公開されたこの写真で
ジェームスウェーブ望遠鏡というのがです
ねあのアメリカが打ち上げましてでこれは
これもの目的の一つもですね
ビッグバンの後に最初に誕生した星を観測
しようとここの写真にもですね実はですね
130億
光年カナダのですね
銀河が映っているというふうに
言われています
でさらにですねじゃあBIGBANGが
あったらその前はどうなのか
ビッグバンの前には何があったのかそれを
観測するにはどうしたらいいかそういう
こともですねまあいろいろこう考えていて
これ謎は尽きないんですねだからこんな風
にですね
宇宙は
夜空はなぜ暗いのかっていうのはですね
まあちょっと考えるとこは当たり前のよう
な
謎なんですけれども実はよく考えるとあの
非常に深遠な謎があるで皆さんもですね
今日は
夜になってですね夜空をご覧になった時に
ですねちょっとこういうことについてです
ねあの少し思いをさせていただいたらいい
かなと思います
で最後にですねもう一つ謎をあのお話しし
たいと思うんですがこれはですねあのなぜ
重力はちょうどいい強さなのかっていう話
なんですねであの一番最初にですねあの
まあ2番目の謎としてですねあの重力は
弱いと
自然界で僕らが知っている力の中で一番弱
いっていうあのお話をしたんですけれども
実はその弱さがとってもいいんですねで
それはちょっとこうあのご説明しようと
思うんですけれどもあの
宇宙っていうのはですねあの
今からですね
138.2億年前に誕生したと言われて
ますねこの宇宙の年齢がですね4桁の有効
数字でわかってるんですねもう本当すごく
僕なんかにしたら
僕はなんか非常に感動的なんですけれども
あの僕は学生の頃はですね実はあの1桁目
もあんまり分かってなかったんですねで
あの研究者によっては5倍ぐらいこうあの
見積もりが違ってですね中にはですね宇宙
の中にある星の年齢よりも宇宙が若い
なんていうつもりがあったりしてですね
そんなことありえないんじゃないかとこう
思ったりしたわけなんですけど今や観測
事実の
技術の進歩ですね4桁までわかってますね
138億年までこれ結構あの
長い期間なんですけどでも実はですねあの
地球ができたのも今から45億年前なん
ですよねでその後10億年ぐらいして
やっと生命が誕生してそれから35億年
かけてようやく人類まで進化してきたん
ですねでですからあの要するにこう
地球のようなですね惑星の上に
以下のようなある知的なですねあの
知能を持った生命体が生まれてですね
重力とは何かということをですね
聞くまでになるのにですねやっぱり45億
年かかるわけですよそしてやっぱり
135億年ぐらい宇宙がいてあってくれ
ないとですねこの宇宙のことを調べようっ
ていう人が出てこないでそれは宇宙にとっ
ても困ることなんじゃないかなと思ったり
するわけなんですねでなんでじゃあこの
宇宙はこんなに長いこと
長らえてですねしかもそこに地球のような
ものができてですね
知的生命体ができたのかこれ実は
重力が弱いっていう先ほどこうお話した
時期の力で弱いわけですがこれとこうまあ
一切に
関わってるんですねでしかも弱いだけじゃ
なくて弱さがちょうどいいこれはですね
あのもし重力がもっともっと弱かったら
ですねこれは
重力の力によって星や惑星がこうものが
集まってできたわけなのでこう保証枠線
なんかできなかっただろうと思われてるん
ですねで一方でですね10億が今よりも
すごく強かったらですね全ての星はですね
ブラックホールみたいになってですね
そんなところにはもちろん生物なんかこう
住めないわけですからこう両方どちらの
状態でもやっぱりこう知的な生命体が
生まれてくるには非常に不都合な宇宙だっ
たはずなんですねこれ重力がちょうどいい
強さなのはもう非常にありがたいとなんで
そんな
都合のいいことになってるかで実はこの
これだけじゃなくてですね自然界の基本
法則にはこう知的生命体が生まれてくる
ためにですね非常に都合のいいことが
たくさんあるんですねでこれはもちろん
あの
僕らとしてはですねあの自然界の基本原理
からですね
ちょうどこういう重力がこの強さになって
いるということ
説明したいんですけども
実はそうでない説明の仕方もあるっていう
考え方があってですねそれは人間原理って
いう
考え方なんですねであのこれちょっとだけ
お話ししておきますとですねこれどういう
考え方かっていうとですねあの
自然界の法則というものはコーナーこうで
あるのは実はもしそうでないような宇宙が
あったらですねそこの中には知的冷たいも
生まれてこないからあのそもそもそういう
ことを問う
理由がないというそういうなんかあの
ちょっと屁理屈のような
原理なんですけども
実は屁理屈のような原理なんですけど実は
これが
ちゃんと物事を説明するような
状況もあるんですねで一つは
太陽と地球の距離なんですであの古代の人
まあ例えば古代ギリシャの人たちはですね
太陽からいろんな惑星までの距離っていう
のはどういう風にして決まっているかと
いうこう非常にあの
興味があってですねで様々な方法でこれを
説明しようとしたんですねでケプラーな
まぁもっと近代になってケプラーの時代に
なってもですね例えば彼はあのいろんな
多面体を組み合わせてですねあの
地球太陽からですねあのいろんな惑星まで
の距離を説明するような理論を作ろうとし
たんですねもちろんそれは
観測には合わなかったので
ピコブライのデータを見て見た後にはその
理論を放棄したんですけれどもでも
様々な方法でこれを説明しようという人は
いたんですねでところがそういう努力いう
のは結局全部あの
意味がなかったということがわかったん
ですけどそれはなぜかっていうと
実は最近の観測によって
宇宙にはたくさん
惑星を持った
構成形がですね太陽系の外にもあってです
ねでそこの中には様々な学生があって中に
はタイヤのその構成からとっても遠くて
寒かったりとても近くて暑かったりでも
ちょうど中には
地球とその
公正との地球との対応対応との距離と同じ
くらいにですね
ちょうどいい具合にですねあの
水が行きたいとしてあるような惑星もどう
もあるらしいとでおそらくそういうところ
には生命にも思われるかもしれないという
わけなのでそういう星の上でなければ
生命はそもそも生まれなかっただろうとで
だから
地球と太陽の距離っていうのはそういう
生命が生まれやすい距離にそもそもあった
んだっていうそういうことが今ではこの
距離の説明になっているわけですねこれは
まさしく人間原理の考え方なわけです
ねですからですねこう実はこの
正しい科学的な状況でも
考え方でもですねこれ人間原理が
唯一の説明の場合もあるとじゃあですね
こう僕らがですね考えている自然界の基本
法則の説明にも人間原理が必要なのかで
僕はですねまだそこまでは行きたくないな
と思っていてまあ人間限率が最終兵器
みたいなもんだと思ってるんですけれども
あの
まあこのもしかしたらですねあのまあこう
いうこともあるかもしれないということで
研究をなさっている方もいらっしゃいます
では今日はですねそんなんでですね重力な
七不思議ということをあのお話ししました
このまとめますとですねそもそも重力は力
であると
弱い力ですでそれは場合によっては消せる
とでそれによってですねあの実はアイス
単位はあの重力は
空間の曲がりだという風に説明したんです
けれどもそれで話が終わったわけではなく
てですねさらにですねそれを量子力学との
統合
素粒子の理論との統合をは
現在進行中の研究でありますでしかも宇宙
は
夜空はなぜ暗いかなんていうそういう素朴
な
疑問でもですね
実は宇宙の深淵などと結びついているとで
そういう中でですねなぜ重力がこういう強
さなのかっていうことはですねまあ
いろんな
哲学的な問題も
引き起こしているとまあ今日はですねそう
いうあの感じでですねあの
重力の様々な性質についてあのお話し
いたしました
あのどうもご清聴ありがとうございました
これからあの
質問の時間がありますのでよろしくお願い
いたします
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