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
00:05皆さんこんにちは
00:07香取数物連携宇宙研究機構の寄港地をして
00:09おります大栗博志です
00:12略してカブリipmuと呼ばれているこの
00:14研究所は2007年10月に
00:17東京大学の柏キャンパスに設立され今月で
00:2115周年になります今日は
00:24重力とは何かというお題でお話をしますが
00:26その前にかぶりipmuについて
00:30簡単にご紹介したいと思います
00:38被り数物連携宇宙研究機構英語でカーブル
00:41インシティユートピジック&
00:42マーズマティクスと申しますがこれはこの
00:45名前
00:46Physicsとかマスはテクスとかいう
00:48名前が示しますように
00:49数学や物理学天文学の力を結集して
00:53宇宙の最も親衛な謎を解くとこれを
00:56ミッションとしている研究所です
00:59非常に
01:00国際的な
01:01研究所でしてそれで常勤の研究員が柏
01:04キャンパスに100人程度
01:06研究をしているんですがその
01:08半数以上が
01:09外国籍で
01:10しかもその
01:12外国からいらっしゃる研究者非常に優秀な
01:14方ですでしてですねで毎年あの20人程度
01:19新しいポストドックトラブフェローという
01:20方に来ていただくんですけれどもこれまで
01:23研究所でできて20年間15年間に約
01:26200名あの人気を満了して
01:29旅立っていきましたでその6割がすでに
01:32世界各地の大学や研究機関で
01:34手にはもしくは手にはトラックという
01:37教職についております
01:38例えばこのスザンナルファードさんって
01:40いうのは私の研究分野は非常に近いところ
01:42で研究をされてたんですけれども今
01:44ベルン大学の教授をなさっていますしあと
01:46カリフォルニア州立大学の天文台帳なさっ
01:50ている方とかですねそれから中には日本に
01:54来てそれで日本の大学の教員になられた方
01:56もいますでこう例えものもですね非常に
01:59ユニークな
02:00構造になっていましてですね
02:02研究者の交流を促進する
02:04構造になっていますこれあの今回は
02:06オンラインの一般公開ですのでお目に
02:08かけることはできないんですけれども
02:10ぜひ
02:11来年はですねあの
02:13対面というか
02:15直接来ていただけるような一般公開になっ
02:16てですねあのお見せしたいなと思っており
02:20ます
02:21であの今日は重力とは何かというお話を
02:24しようと思いますねこう改めて聞か
02:26れて一体どういう話なのだろうと思われる
02:28かもしれないんですけれども
02:30確かにあの重力っていうのは僕らが日常的
02:32に経験する力で最も馴染みが深いんです
02:35けれどもあの物理学者の
02:38立場からすると実は最も不思議な力なん
02:40ですねでそれを理解することで実は宇宙の
02:44深い
02:45謎が解けるのではないかと思って
02:47研究をしているわけですでこういうふうに
02:49ですねちょっと考えると当たり前かなと
02:51思うことを不思議だって思うのはですね
02:53あの科学者にとってとっても大事でですね
02:56例えばこれ日本で2番目にノーベル賞を
02:58取られた友永真一郎先生がこう書かれて
03:00いることなんですけれども
03:02不思議だと思うことこれが科学の目です
03:05よしよく観察して確かめそして考えること
03:08これが科学の九鬼ですそして最後に謎が
03:12解けるこれが科学の花ですこういうふうに
03:14おっしゃっているんですねでですからあの
03:17僕らもですねまあ宇宙についていろんな
03:19不思議なことがあってですねでそれをまあ
03:21例えばスバル望遠鏡であるとかですね神岡
03:24鉱山の中の観測所で
03:25宇宙をよく観察して確かめてで数学者や
03:29物理学者理論物理学者の力を動員してよく
03:32考えてで
03:34宇宙の研究の茎を作っていくとで最後に
03:36ですね宇宙の謎を解きたいとそういうこと
03:39をやっているわけです
03:41で
03:43重力について色々不思議なことがあるん
03:44ですけれどもそれを今日は
03:46七不思議という風にまとめてお話をしよう
03:49と思いますでまず最初はですねあの重力が
03:52力だっていうのがまあ不思議だっていう話
03:53をしようと思うんですけど
03:55当たり前じゃんってこう重力って書くわけ
03:57ですから
03:58力なんですけれども
03:59実は古代の人にとってはそれほど当たり前
04:01ではなかったんですね例えばこう
04:03アリストテレスっていう人がいるんです
04:04けれども
04:05彼はですね
04:06すべての元素も物質っていうのは4つの
04:08元素からできていると考えたんですねあの
04:10土と人と水とそれから光で
04:14火でしたっけか
04:16空気で空気からできていると
04:18考えたわけですけども僕らみたいなものは
04:20ですねだいたい土からできてるでそうする
04:22と地球の中心に帰ろうとする性質があると
04:25だからそういう性質なんであって特に力
04:27っていうわけではないと考えたんですねで
04:30あの物理学っていうのは割と厳密性を重視
04:33する学問なので
04:34そもそもいろんな
04:37研究をする上で言葉の定義っていうのを
04:40非常にあの
04:41重要にするんですですねでですからあの
04:43重力とは何かっていう話をするときのです
04:45ね力っていうのは何かっていうのを考え
04:47ないといけないんですねでこれを定義を
04:48ちゃんと与えたのはこうニュートンなん
04:50ですけれどもあのニュートン流の考え方
04:53っていうのはですね
04:54物体の運動を変えていくものはすべて力
04:57力がなければ物体はまっすぐ飛んでいくと
04:59で例えばこうボールがですねこうやって
05:01Googleって曲がるとですねあここに
05:03は何か力が働いてるんだろうっていうふう
05:05に
05:06考えるわけですね例えばこの地球があっ
05:08たらこう重力が働いているでこれ重力が力
05:11だとまあそういうふうに考えるんですねで
05:13そういう風にして研究をしていってですね
05:15あの現在では自然界には4つの基本的な力
05:18があるということがわかっていますで重力
05:21電磁気の力それから20世紀になって弱い
05:24力と強い力という2つの新しい力が
05:26見つかりました
05:28これはちょっとあの今日のお話とは違う
05:30ずれるのであんまりお話できませんが
05:32興味のある方は実は私そのための本を書い
05:34たのであのそちらもご覧いただければと
05:37思うんですがあの
05:38原子核の中で働いている力で例えば原子核
05:41の中に容姿や中性子っていうのがあるん
05:42ですけれどもあのそれは実は
05:45クォークっていう3つのより基本的な粒子
05:46からできていると
05:48考えられていてですねでそれが結びついて
05:50こういう粒子を作るときに重要になるのが
05:52強い力とで
05:55弱い力っていうのは例えば放射線が起き
05:57たりとかですねその地震のまあ
05:59元になるんですね
06:01放射線の力とかですね太陽を燃やすそう
06:03いう時に
06:05現れる力そういうものでありますでこう
06:09いうふうに自然界には4つの力があるん
06:10ですけれどもそこの中で一番弱い力が重力
06:14なんですねでそう言われると
06:18不思議なんですけれどもこれがだからこう
06:192つ目の
06:21不思議なんですねで
06:23重力っていうのは弱いって言われるとなん
06:25でかなそもそも
06:28僕らにとっては一番強く
06:29感じるような力ですよねそれがあるから
06:31あの
06:32僕ら地球の上にいられるわけですけどもで
06:34も例えばこう考えてみてください例えば
06:36ここにあの
06:37磁石があってですねこれは鉄を惹きつけ
06:39てるんですねでこれがですね
06:42地球から重力があっても鉄がちゃんとこう
06:44やって
06:45磁石に引き付けられて上がっていくわけ
06:46ですねそうするとですね
06:49実際磁石なんていうのは高田から10g
06:51ぐらいのものですけれどもそれがですね
06:5460億×10億×10億グラムぐらいの
06:56ですね地球の重力より強いとただしそれ
07:00ぐらいの
07:01重力を集めてきてもこんなちっぽけな磁石
07:03に負けてくる島とそれぐらい弱いっていう
07:06わけなんですねでそれから例えばですね
07:08ここにコップが机の上に
07:10置いてある写真があるんですけれどもこれ
07:12は
07:12重力がかかっているわけだからこう
07:15下に落ちていってもいいんですけれども
07:16その机をすり抜いかないそれはなぜかと
07:19いうとですね机の中にこう電子がいっぱい
07:21あってですねコップの中にも電子があって
07:23ですねまあ
07:24簡単に言うとその電子の間の
07:27電磁気の反発力でこう落ちていかないん
07:29ですよねだから電磁気の方が強いからこう
07:31あのここ
07:33潜っていかないというその
07:35くらい強いというわけなんですねで実は
07:38その弱い力なんていうやつをさらに弱いと
07:40いうわけでなぜそのくらい弱いかっていう
07:43のは実は不思議なんですねこれは
07:45後でもう少しお話ししようと思います
07:47でこうで重力は強かっ強いかと思ったら弱
07:51いっていう話をしたんですけども
07:53実は場合によってはこう重力を消して
07:55しまうこともできるんですねで例えば重力
07:57が消えている写真とかいうのお耳にかける
07:59とですねこれはこういう写真があるんです
08:01ねこれは
08:02重力の研究で
08:03非常に有名な
08:05スティーブン放棄
08:06数年前にもなくなりになってしまったあの
08:08理論物理学者でまああのここ100年代で
08:11最も偉大な
08:12物理学者の一人というふうに言っていいと
08:15思うんですけれどもこれ彼が重力が感じて
08:17いない
08:18写真なんですこれどういう風に撮ったかっ
08:19ていうとまあ
08:21飛行機を打ち上げてですねであるところで
08:23エンジンを切ってこう自由落下していくと
08:26柔らかしていく中では重力が
08:27ないように感じられるって言うんですねで
08:30これ実はとっても大事な
08:32監査でですねでこれはアインシュタイン
08:35自身がこの観察をですねあの人生で最高の
08:38ひらめきだというふうに
08:40読んでいるんですね
08:41落ちていくときには自分の重さを感じない
08:43とこう落ちていく飛行機の中で見るとです
08:45ね
08:46確かにあの
08:47自分のの重さを感じないわけですよねで
08:49この観察からですね実はアインシュタイン
08:53は
08:54重力のまあ
08:55根本っていうのは時間や空間の曲がりで
08:58あるとまあそういうことを
09:00結論したんですねでそれをちょっとご説明
09:02しようと思いますでこのアインシュタイン
09:05はですねこのさっきの人生で最高のひらめ
09:08きっていうのはですねまだあの大学に教職
09:10がなくてですねまあベルンの特許庁でこう
09:12あのお仕事をしてる時にですねあのふと
09:15思いついたんですけれどもそれが思いつい
09:17てから10年かけてですね
09:19重力の基本理論である一般相対性理論と
09:22いうものを
09:23構築しました
09:24でこれはですねあの時間とかは何かとか
09:28空間とは何かとかいうそういうまあ深遠な
09:30問題にも
09:32関係するあの理論として重力の理論を作っ
09:35たんですねだから重力っていうのは実は
09:37すごい深いものだったということがまあ
09:39アインシュタインの理論に分かったわけ
09:41ですけれどもこう時間とは何か空間とは何
09:45かっていうのは古代からいろんな人が考え
09:46てですねで例えばアリストテレスさっき出
09:49てきたアリストテレスが彼は
09:51自然は真空を剣をするって真空権をという
09:54ことを言ったんですがそれはなぜそういう
09:56ことを言ったかというと時間や空間って
09:58いうのは実はそれだけでは存在しないで
10:00そこの中に物質があってそれが運動して
10:03いることによって初めて現れるとだから
10:06物質が全くない真空っていうのはないん
10:07だっていうことを
10:09彼は考えたんですねでところがですねこう
10:12ニュートンはいやいやそうではないという
10:14ふうに考え直してですね
10:16実はこう
10:17宇宙にはこの世界にはですね絶対時間こう
10:20無限の過去から無限の未来に日常に流れる
10:23絶対時間というものがありそれから絶対
10:26空間というものがあってそこの中で物理的
10:28な現象が起きているまあだから絶対時間
10:31絶対空間というのがまあある意味でこう
10:33劇場みたいなものですねそこの中で
10:36物理現象がまあ劇のようにして起きている
10:38とまあそういう
10:39考え方をそういう時間や空間についての
10:41考え方を
10:43表したんですねでそれに対して
10:45アインシュタインはさらにそれを
10:46ひっくり返してしまうで例えばですねあの
10:48その一般相対性理論を
10:51発表する10年前に特殊相対性理論って
10:53いうのだっけあの発表してるんですがそこ
10:55ではですねすでにですね時間や空間の性質
10:58が
10:59観測の仕方によって変わるということを
11:01指摘しているんですねでさらにこの今お
11:05話ししている一般相対性理論ではですね
11:08重力があると実は時間や空間を曲げ
11:10るっていうことが曲げ
11:14るってどういうことかっていうことをです
11:15ねちょっと少しご説明しようと思います
11:19でまぁ僕らの3次元の空間の中でそれが曲
11:24がるっていうのは僕らも3次元に住んでる
11:25のでなかなか想像しにくいのででちょっと
11:28あの次元を下げてですね
11:30二次元の
11:32空間に僕らが住んでいるとしてその空間が
11:34曲がるというのはどういうことかなって
11:36いうのをちょっと考えていますねでこれは
11:38実はあの19世紀のイギリスにあの風習
11:41小説でフラットランドっていう面白いあの
11:43小説があってまあそれの例えを使わせて
11:47もらうんですけれどもこのフラットランド
11:49なかなかちょっと話が取れるんですけれど
11:50も面白くてちょっとお話ししておきたいん
11:52ですけれどもあのフラットランドの上に二
11:54次元の空間の上に人が住んでるわけですよ
11:56ねでそこの中の人っていうのはいろんな
11:59図形の形をしているでスクエアさん
12:01四角の
12:03資格っていうのがいたんですねでこの服屋
12:05さんがあるときにこう町を散歩してると
12:07そして目の前にですね突然ですねあの
12:13円が現れるんですねでそのなんかフラット
12:16などではなんか四角い人よりも悪い人の方
12:18がイライラしくって服屋さんは偉い人が
12:20現れたとこを持ったわけですけれどもその
12:23丸がですねあるところからですねギュッと
12:25大きくなってそれでギュッと小さくなって
12:27萎んでなくなってしまう一体何が起きたん
12:30だって思うわけですねで実はこれはですね
12:32あのスクエアさん知らなかったんです
12:34けれどもこうフラットなどのもう一つ次元
12:37があってですね3次元の空間の中に
12:39フラットランドがこう浮いてたんですねで
12:41そこにですね
12:439がこうやってきてですね
12:45交差していくとそうするとあたかもその
12:47なんか円ができてですねそれが広がって
12:50閉じていて亡くなってしまうようにな
12:52るっていう話なんですけれどもそれでです
12:54ねその中でスクエアさんはですねこの
12:56旧とですね
12:57フェアさんていうんですけども
12:59仲良くなってですねまあ高次元の世界に
13:01連れてってもらうっていうそういうお話な
13:03んですねでですか皆さんもですね
13:06街を歩いててですね突然点が現れてですね
13:07でそれがボコッと9になってですねそれが
13:10また消えてまあそういうような現象をご覧
13:13になったらですねそれ実は4次元からです
13:15ね9がやってきたのかもしれないですよね
13:17また企画ですねあのそんな
13:20例えばそういう二次元にですねこうあの
13:22アインシュタインがいたとしてですねでそ
13:24したら2次元ではどういう重力理論を作っ
13:27ただろうかっていうのを考えてみますそう
13:28するとアインシュタインの方程式っていう
13:30のをこの2次元でこういうふうに
13:31解釈し直してみるとですねこういうふうに
13:34説明できる
13:36例えばここに何かある二次元の空間の上に
13:38ですねある点の上にですね
13:40重いものがあったとそして
13:41アインシュタインの理論によるとこの2
13:43次元の面の曲がるって言うんですねでどう
13:46いう風に曲がるかというと
13:47実はですねこう
13:49縁が点があってそこの周りぐるっと回ると
13:52普通は360度なんですけれどもここに
13:54重いものがあるとですねこの核とか少し
13:56食われてしまってですね
13:59食われてしまってですねこうここをぐるっ
14:01と回っても360度よりもちょっと角度が
14:04少なくなるんですねでこれを欠損角と
14:07言います
14:08この欠損角ができるっていうのがこの
14:10アインシュタインの重力理論ですねまあ二
14:12次元の場合に当てはめるとですねでそれが
14:15重力となんとか何の関係があるかというと
14:17ですね
14:18例えばですね
14:18欠損格ができるとあたかも重力が働いて
14:21いるかのように
14:22物質の運動が曲がる物質のが
14:25運動の向きを変えるということを示すこと
14:29ができるんですねで例えばですねこうここ
14:32に欠損角があったとするじゃないですかで
14:34ここ2つの物体がこうまっすぐ走っている
14:37と思うじゃないですかでところがですね
14:39ここに欠損角があるものですからこれを
14:42ですね貼り合わせてみるとですねこう
14:44あたかも曲がっているように見えると
14:45そしてあたかもこの赤い点のところにです
14:48ね重いものがあってですねそれに引き連け
14:51られてですねこの2つの
14:52物体の運動の向きが曲がったとで向きが
14:55曲がったってことは
14:57ニュートン流に言うと力が働いたという
14:59ことですからこう実際にはですね力も働か
15:02ずにですね物体はまっすぐ走ってるはずな
15:04のにここに
15:06欠損角があってこの2次元ませんが
15:08ちょっと曲がってるがためにあたかも重力
15:10が働いているかのように見えるとでこれが
15:13ですねあの
15:15アインシュタインの
15:17重力の説明なんですねだから空間の曲がり
15:19として
15:21重力を説明しているこれが今
15:23二次元のちょっと例えで説明したんです
15:25けれども3次元のアインシュタインの理論
15:27というのも原理的にはこういう考え方なん
15:30ですねもっと
15:31複雑な数学を使わないといけないのでここ
15:33では説明できないんですけれども
15:35考え方は全く
15:36同じことです
15:38でそれともう一つですね重力は時間も
15:40曲げる
15:42空間が曲がる面が曲がるっていうのはまだ
15:44わかるかもしれない時間も曲が
15:46るっていうのはどういうことかって時間が
15:47進み方が変わるって事なんですねで
15:49特にですねそれが極端になったのが
15:52ブラックホールというわけでブラック
15:54ホールの周りではもう時間が極端に曲がる
15:56時間の進み方が極端に変わるのでそこから
15:59誰も逃げられなくなってしまうんですね
16:01例えばこんなことが起きるんですね
16:03例えば僕がですね
16:04妻にですねでブラックホールの近くを見て
16:06来いって言われてですねで毎日こうメール
16:08をしてですね連絡しますよってブラック
16:10ホールの近くを見に行ったとするじゃない
16:12ですかでところがですねあの私はですね
16:16煮付けに従って毎日メールを送りながら
16:18ブラックホールに近づいていてついにです
16:20ねブラックホールの中までこう入っていく
16:21んですけれどもその地球にいる彼女から
16:24見るとそうは見えないんですね
16:25毎日私はメールを送っているつもりなん
16:28ですけれども
16:29彼女の方からすると1日に1回メールが来
16:31てたはずなのにそのうち1週間に1回に
16:33なって1年に1回になって10年2回に
16:36なってなかなかメールが届かなくなるで
16:38しかも
16:39ブラックホールの中を見てこいって言った
16:40のになんかブラックホールのすぐ近くで
16:42止まって
16:43全然動いてるように見えないって言うん
16:44ですねでこれはあの私が見る時間の流れと
16:47それから彼女の見ている時間の流
16:50れっていうのが
16:51ブラックホールの周りで時間が曲がってる
16:53せいで違って見えるということなんですね
16:56これも実は重要な性質でですねでこういう
16:59あの時間の周りとか空間の周りを計算に
17:02入れないとですね
17:03実は
17:04現代のいろんな技術が使えないんですね
17:06例えばGPSって言って皆さんのあの
17:08スマホの中の
17:10地図アプリなんかに使われているGPS
17:11っていうものがあるんですけれどもこれら
17:14ともですねこういうアインシュタインの
17:16理論の効果を
17:17計算に入れないとですね大きな誤差を生ん
17:19でしまうということがあって実は日常生活
17:22にも実はこういうことが
17:24使われているんですね
17:26でこのようにですねまあ今まで4つ
17:29重力の不思議をお話ししました
17:31重力は力であるとで重力は実は弱い力なん
17:34だとで場合によっては消せるこれが実は
17:37あの
17:38非常に重要な観察でこれによってですね
17:40アインシュタインは重力は時間の曲がりだ
17:42というまあ結論に達したんですねで
17:47重力とは何かっていうあのお話をするって
17:49言ってでアインシュタインの結論は重力が
17:51曲がりだってことだったんですけどこれが
17:53あの答えでも良かったんですけれどもで実
17:57はですねあと3つ謎があるわけですねで
17:59それはなぜかっていうと実はこれで決着し
18:01たわけではないとでそれはなぜかっていう
18:04とですね自然界にはもう一つですねあの
18:06量子力学っていう
18:07不思議なあの
18:10議論があるんですねこれは素粒子の世界を
18:13まあ
18:14支配してる
18:15法則なんですけれどもこの重力という
18:17いろんなこう天体現象などを説明する理論
18:20とですね
18:21世界領収力学という
18:23ミクロの世界を説明する
18:25理論がですねなかなか本格的にうまく
18:27組み合わさないとでこれがですね非常に
18:30難しいんですねで僕らは
18:32素粒子の世界っていうのは素粒子の世界で
18:33もう非常によくわかってきている例えば今
18:36からあの10年前にですねあの
18:38セルンっていうヨーロッパの研究所で弾薬
18:41良しという新しい粒子が見つかってこれが
18:42あの大ニュースだったんですけれどもそれ
18:45なぜ大ニュースだったかというとそれまで
18:46あのそれを
18:48物理学者はですね
18:49素粒子の標準模型と呼ばれる
18:51素粒子のまあ一番
18:52基本的な法則の
18:54集めたものですねがを作ってきたんですね
18:56でそれがそれの最後の予言がこの
18:59フィックス
19:00粒子の発見になりでこれがされたことで
19:03ですねこの
19:04ソリューションの標準模型が完成したん
19:05ですで僕らある意味でまあだから
19:08セルのエネルギーで見ることができる素
19:10粒子の世界っていうのはもう完全な理論を
19:13持ってるわけです
19:14でところがですねあのこの
19:18理論の中には重力が含まれてないんですね
19:20こういう理論に重力をうまく組み込むって
19:23いうのはもうあの最先端の
19:26理論物略を使ってもですねなかなか難しい
19:28とで一方ではですね宇宙には重力がある
19:31ことはもう明らかなわけですからで自然界
19:33の法則っていうのは一つの数学的に
19:36辻褄があった法則で自然界のことが起きて
19:39いると
19:40僕ら思っているのでそうするとですねこの
19:422つがうまく重力とですね素粒子の理論が
19:44ですねうまく噛み合わないっていうのは
19:45とても困ったことなんですねなんでそんな
19:49困ったことが起きるかというとですね
19:51重力っていうのは先ほど申し上げたように
19:52時間や空間を曲げるとで一方でですね量子
19:56力学ではですね
19:57配線ベルグの不確定性原理という言葉をお
20:00聞きになった方がいらっしゃるかもしれ
20:02ないんですけれどもいろんなことが不確定
20:04になってしまうということがありまして
20:07ですねでそうするとこの2つを
20:09組み合わせるとですね
20:10や空間もですねこう不確定になってしまう
20:13そんな世界の中でどういうふうに理論を
20:16作っていいかっていうのがまあなかなか
20:18難しいところがあるんですねでこれをまあ
20:21もう皆さん非常に
20:22僕も含めてですねあのいろいろ頭を悩まし
20:24てきてで今んところですね
20:27唯一この
20:29自然界の重力の世界とですねそれから
20:32素粒子の弱い力が強い力などに支配されて
20:35いる
20:36ソリューションの世界ですねこの2つを
20:38統一する理論の唯一の候補として考えられ
20:41ているのが
20:42表現理論というものなんでありますで実は
20:46これあの私が
20:47書いた解説書なのでもしよろしければ今日
20:50のお話を聞いて
20:51興味がありましたら読んでいただきたいん
20:52ですが実は
20:54数年前にあの
20:55講談社の科学出版賞というものをいただい
20:57たんですけれどもこの理論ではですね物質
21:00の一番の基本単位っていうのは
21:03点のような粒子ではなくて1次元的に
21:05広がったこう
21:07紐のようなものであるとというふうに考え
21:09てこれは実はまだ未だにあの仮説の段階で
21:12ありましてこれからいろいろな実験的な
21:14検証をしていきたいと思っているんです
21:16けれどもでその被りITMUなどでやる
21:19今後10年にやるような研究の中でもです
21:21ね
21:22宇宙の始まりの様子を見ることによって
21:24まあ証言理論の予言とですね
21:27検証していきたいというふうにも思って
21:29いるところでありますでそういう
21:33検証はこれもこれからさらにしていか
21:35なければいけないんですけどすでにですね
21:37まあ
21:38素粒子の理論
21:39量子力学の理論と重力を統合したような
21:42理論から出てくる様々な謎理論的な謎を
21:45ですね
21:45解析してきました例えば
21:47先ほど出てきたスティーブンホーキング
21:49さんがですね指摘した
21:50ブラックホールの情報問題っていうまあ
21:52このもう何十年にもわたってですねあの
21:55理論物理学者を悩ましてきた問題があるん
21:57ですけれどもそういう問題についても
22:00きちんとした
22:01回答を与えているとそういう理論なので今
22:05IPMなどでもいろんな理論物理学者
22:08数学者交えて研究をしている理論であり
22:10ます
22:11でまぁちょっとですねここでですねあの話
22:15の方向を変えてあの夜空はなぜ暗いかと
22:18いうことをもう一つの
22:21重力に関する謎としてこうお話ししたいと
22:23思いますであの
22:26夜空はなぜくらいかってそれ当たり前じゃ
22:28ないかこうあの太陽が出てないからまあ
22:30それそれもまあ答えとしては悪くはないん
22:33ですけれども
22:34実はもう少しあの
22:36考えてみるとですねそれだけではどうも
22:38ないでそれをよく考えてみると
22:40実は宇宙の深い
22:43謎と結びついているということをちょっと
22:45お話ししたいと思いますでこれはオル
22:47バースのパラドスっていうお話なんです
22:49けどこれは
22:50200年ぐらい前のですねあの
22:52ドイツの
22:53専門学者の人が
22:55指摘した問題なんですけれどもこういう
22:58問題があるんですねあの
23:00宇宙には星がこういっぱい広がってこれは
23:02一様にこう広がっているとしようじゃない
23:04からでそうするとですね
23:06地球からある距離まで行ったところに星が
23:08ある数があると
23:09でそこから2倍の距離のところまで見て
23:11みようとで2倍の距離のところに見ると1
23:14個1個の星からの光っていうのは弱くなる
23:16んですよねでこれは
23:18遠くの方のものほど
23:19光が弱く見えるっていうのは皆さんお
23:21分かりだと思うんですけども
23:22実は距離の
23:24事情に反比例する逆事情の法則っていうの
23:27があってですね
23:28距離が倍になると1個1個の星からの光
23:30っていうのはようやく4分の1になるん
23:32ですねそうすると遠くにある保守ほど光が
23:34弱くなるんですけれども一方で地球からの
23:37距離が倍になるとそこにある星の数って
23:40いうの増えるんですよねそれなぜかという
23:42と星が一様に分布してるとするじゃない
23:44ですかそうすると
23:45地球からある距離までにあるのところの
23:48ですね救命の
23:49面の広さ面積ですねでこれが距離が倍に
23:53なると
23:54面積4倍になるわけです
23:56ですからそうすると星の数もそのあたりに
23:58は4倍あるというふうに
24:00考えられるわけですよねそうすると1個一
24:03個の星からの光の強さっていうのは1/4
24:04になったんですけれどもところがですね
24:07腰が4倍になったので距離が倍になっても
24:10届く光の強さっていうのは全部星の
24:14光を足したら同じでになるわけです3倍に
24:17なっても同じ10倍になっても同じという
24:19ことでどれだけ遠くに行ってもですね
24:22同じだけの光の
24:23強さの光がですねそこから届いてくるわけ
24:25ですでそうするとですね宇宙が無限に広く
24:28てですねであのそこに星が一応に分布して
24:31いるとするとですねどう考えてもですね
24:33あの
24:35無限の光が地球に注いでいなければいけ
24:37ない
24:38仮に太陽が
24:40昇っていなくても
24:42宇宙
24:42夜空っていうのもものすごく眩しいはず
24:44だっていうのが
24:45導かれてしまうのでこれはもちろんあの
24:47実際の僕らの観察と矛盾しているわけでで
24:50これは一体どういうことなんだっていうの
24:51がオルバースのパラドックスなんですね
24:54であのあここに書いたんですけれども距離
24:56が2倍になっても届く光の強さは同じで
24:58これが合わさると上空は無限の強さで輝く
25:02というパラドックスなんですねでこれを
25:05ですね僕の知ってる限りであの
25:08正しく解いたのは
25:09江戸川っていうまあ小説家叙述家
25:12主人なんですねで彼が亡くなる直前に書い
25:15てあのユリイカという風にこう書いてある
25:17んですけどもちょっと読んでみますと
25:19星々に限りがなければ
25:21空の背景には星の存在しない点など絶対に
25:24ありえないので
25:25夜は銀河のように一応の輝きを見せるはず
25:28であるこれが先ほど言った話なんですねで
25:31にもかかわらず望遠鏡であらゆる方向に
25:34空虚な世界が見つかっていると夜空は暗い
25:36と
25:37夜空に暗いところがたくさんあると
25:39腰じゃが見えないところにはこの写真でも
25:41そうですよねでその2つっていうのはどう
25:44いう風にしてたら戦国的に考えられるで4
25:47の答えはですね
25:49距離があまりに遠いので我々のところまで
25:51まだ光線が届いていないと考えるしかない
25:53というふうに言ったんですね
25:55遠くの
25:57腰からの光というのはまだここに届いて
25:58ないじゃないかっていうことなんですよで
26:01実はこれが正解だったんですねこれ
26:03びっくりなんですけれども江戸川乱歩さん
26:05偉いじゃないのって思ったんですけれども
26:07でもこれ実はあの仮定してるんですね
26:10遠いところからのあの光が届いてまた届い
26:13てないってことを宇宙に始まりがないと
26:14いけないんですね
26:15宇宙が未来永劫から
26:17始まったとしたらですねどんな遠いところ
26:19からでも地球に光が届くことはできたわけ
26:22なので
26:23宇宙に始まりがあって初めてこういうこと
26:25が言える
26:27実は宇宙には始まりがあったんですねで
26:29これがあの
26:301929年にですねウィルス判断の天文台
26:33でハッブルというこの
26:35専門学者が見つけたんですけど
26:37実は私あのカブリック
26:40数物連携宇宙研究機構の機構長なんです
26:42けれどもアメリカのカリフォルニア工科
26:44大学っていうところの
26:45教授もしておりましてこのウィルソン山の
26:48天文台っていうのはカリフォルニア工科
26:49大学のすぐ近くにあってですね僕の
26:51オフィスからこう見えるんですよねであの
26:54よくあのお客さんがあるとですねあそこで
26:58宇宙が膨張しているということが見つかっ
26:59たんだということをあの自慢するんです
27:01けども宇宙がこう膨張してるって事はこう
27:04フィルムのようにですね宇宙を逆も逆戻し
27:07してですね宇宙の確保を
27:08探っているとある時にですねあの
27:12宇宙は高温高密度の状態があったはずだと
27:14いうことになるわけですねでこれは
27:17ビッグバンとこういうふうに
27:20読んでいます
27:22でこうビッグバンの様子がどうだった
27:24かっていうのをですね観測しようっていう
27:26のは本当今最近
27:27宇宙の精密に観測技術で発達してきまして
27:30ですね先ほど申しましたように
27:32僕が研究している証言理論の検証などでも
27:34ですねそういう方向が非常にあの
27:38希望が持てるんじゃないかと思ってるん
27:39ですけど例えばこれは今年の夏にですね
27:41あの公開されたこの写真で
27:43ジェームスウェーブ望遠鏡というのがです
27:45ねあのアメリカが打ち上げましてでこれは
27:47これもの目的の一つもですね
27:50ビッグバンの後に最初に誕生した星を観測
27:52しようとここの写真にもですね実はですね
27:54130億
27:58光年カナダのですね
27:59銀河が映っているというふうに
28:01言われています
28:03でさらにですねじゃあBIGBANGが
28:05あったらその前はどうなのか
28:07ビッグバンの前には何があったのかそれを
28:10観測するにはどうしたらいいかそういう
28:11こともですねまあいろいろこう考えていて
28:13これ謎は尽きないんですねだからこんな風
28:15にですね
28:16宇宙は
28:17夜空はなぜ暗いのかっていうのはですね
28:19まあちょっと考えるとこは当たり前のよう
28:21な
28:21謎なんですけれども実はよく考えるとあの
28:24非常に深遠な謎があるで皆さんもですね
28:26今日は
28:27夜になってですね夜空をご覧になった時に
28:29ですねちょっとこういうことについてです
28:31ねあの少し思いをさせていただいたらいい
28:33かなと思います
28:35で最後にですねもう一つ謎をあのお話しし
28:39たいと思うんですがこれはですねあのなぜ
28:41重力はちょうどいい強さなのかっていう話
28:43なんですねであの一番最初にですねあの
28:46まあ2番目の謎としてですねあの重力は
28:49弱いと
28:50自然界で僕らが知っている力の中で一番弱
28:52いっていうあのお話をしたんですけれども
28:54実はその弱さがとってもいいんですねで
28:56それはちょっとこうあのご説明しようと
28:59思うんですけれどもあの
29:01宇宙っていうのはですねあの
29:03今からですね
29:05138.2億年前に誕生したと言われて
29:08ますねこの宇宙の年齢がですね4桁の有効
29:11数字でわかってるんですねもう本当すごく
29:13僕なんかにしたら
29:15僕はなんか非常に感動的なんですけれども
29:16あの僕は学生の頃はですね実はあの1桁目
29:20もあんまり分かってなかったんですねで
29:21あの研究者によっては5倍ぐらいこうあの
29:24見積もりが違ってですね中にはですね宇宙
29:26の中にある星の年齢よりも宇宙が若い
29:28なんていうつもりがあったりしてですね
29:29そんなことありえないんじゃないかとこう
29:31思ったりしたわけなんですけど今や観測
29:34事実の
29:34技術の進歩ですね4桁までわかってますね
29:38138億年までこれ結構あの
29:42長い期間なんですけどでも実はですねあの
29:46地球ができたのも今から45億年前なん
29:49ですよねでその後10億年ぐらいして
29:51やっと生命が誕生してそれから35億年
29:55かけてようやく人類まで進化してきたん
29:58ですねでですからあの要するにこう
30:01地球のようなですね惑星の上に
30:04以下のようなある知的なですねあの
30:07知能を持った生命体が生まれてですね
30:09重力とは何かということをですね
30:11聞くまでになるのにですねやっぱり45億
30:13年かかるわけですよそしてやっぱり
30:16135億年ぐらい宇宙がいてあってくれ
30:19ないとですねこの宇宙のことを調べようっ
30:22ていう人が出てこないでそれは宇宙にとっ
30:24ても困ることなんじゃないかなと思ったり
30:27するわけなんですねでなんでじゃあこの
30:30宇宙はこんなに長いこと
30:32長らえてですねしかもそこに地球のような
30:34ものができてですね
30:35知的生命体ができたのかこれ実は
30:38重力が弱いっていう先ほどこうお話した
30:40時期の力で弱いわけですがこれとこうまあ
30:43一切に
30:45関わってるんですねでしかも弱いだけじゃ
30:47なくて弱さがちょうどいいこれはですね
30:49あのもし重力がもっともっと弱かったら
30:51ですねこれは
30:54重力の力によって星や惑星がこうものが
30:56集まってできたわけなのでこう保証枠線
30:59なんかできなかっただろうと思われてるん
31:00ですねで一方でですね10億が今よりも
31:04すごく強かったらですね全ての星はですね
31:05ブラックホールみたいになってですね
31:06そんなところにはもちろん生物なんかこう
31:09住めないわけですからこう両方どちらの
31:11状態でもやっぱりこう知的な生命体が
31:13生まれてくるには非常に不都合な宇宙だっ
31:16たはずなんですねこれ重力がちょうどいい
31:18強さなのはもう非常にありがたいとなんで
31:22そんな
31:23都合のいいことになってるかで実はこの
31:25これだけじゃなくてですね自然界の基本
31:27法則にはこう知的生命体が生まれてくる
31:29ためにですね非常に都合のいいことが
31:31たくさんあるんですねでこれはもちろん
31:33あの
31:34僕らとしてはですねあの自然界の基本原理
31:36からですね
31:37ちょうどこういう重力がこの強さになって
31:40いるということ
31:40説明したいんですけども
31:42実はそうでない説明の仕方もあるっていう
31:46考え方があってですねそれは人間原理って
31:48いう
31:49考え方なんですねであのこれちょっとだけ
31:52お話ししておきますとですねこれどういう
31:54考え方かっていうとですねあの
31:56自然界の法則というものはコーナーこうで
31:59あるのは実はもしそうでないような宇宙が
32:01あったらですねそこの中には知的冷たいも
32:04生まれてこないからあのそもそもそういう
32:06ことを問う
32:08理由がないというそういうなんかあの
32:10ちょっと屁理屈のような
32:11原理なんですけども
32:13実は屁理屈のような原理なんですけど実は
32:15これが
32:16ちゃんと物事を説明するような
32:18状況もあるんですねで一つは
32:20太陽と地球の距離なんですであの古代の人
32:24まあ例えば古代ギリシャの人たちはですね
32:26太陽からいろんな惑星までの距離っていう
32:29のはどういう風にして決まっているかと
32:30いうこう非常にあの
32:31興味があってですねで様々な方法でこれを
32:34説明しようとしたんですねでケプラーな
32:37まぁもっと近代になってケプラーの時代に
32:39なってもですね例えば彼はあのいろんな
32:42多面体を組み合わせてですねあの
32:45地球太陽からですねあのいろんな惑星まで
32:47の距離を説明するような理論を作ろうとし
32:49たんですねもちろんそれは
32:51観測には合わなかったので
32:53ピコブライのデータを見て見た後にはその
32:56理論を放棄したんですけれどもでも
32:58様々な方法でこれを説明しようという人は
33:00いたんですねでところがそういう努力いう
33:04のは結局全部あの
33:06意味がなかったということがわかったん
33:07ですけどそれはなぜかっていうと
33:09実は最近の観測によって
33:11宇宙にはたくさん
33:13惑星を持った
33:15構成形がですね太陽系の外にもあってです
33:17ねでそこの中には様々な学生があって中に
33:20はタイヤのその構成からとっても遠くて
33:23寒かったりとても近くて暑かったりでも
33:25ちょうど中には
33:26地球とその
33:28公正との地球との対応対応との距離と同じ
33:30くらいにですね
33:31ちょうどいい具合にですねあの
33:33水が行きたいとしてあるような惑星もどう
33:35もあるらしいとでおそらくそういうところ
33:37には生命にも思われるかもしれないという
33:39わけなのでそういう星の上でなければ
33:42生命はそもそも生まれなかっただろうとで
33:44だから
33:46地球と太陽の距離っていうのはそういう
33:48生命が生まれやすい距離にそもそもあった
33:50んだっていうそういうことが今ではこの
33:54距離の説明になっているわけですねこれは
33:56まさしく人間原理の考え方なわけです
33:59ねですからですねこう実はこの
34:02正しい科学的な状況でも
34:04考え方でもですねこれ人間原理が
34:07唯一の説明の場合もあるとじゃあですね
34:09こう僕らがですね考えている自然界の基本
34:12法則の説明にも人間原理が必要なのかで
34:15僕はですねまだそこまでは行きたくないな
34:18と思っていてまあ人間限率が最終兵器
34:20みたいなもんだと思ってるんですけれども
34:22あの
34:24まあこのもしかしたらですねあのまあこう
34:27いうこともあるかもしれないということで
34:30研究をなさっている方もいらっしゃいます
34:33では今日はですねそんなんでですね重力な
34:36七不思議ということをあのお話ししました
34:37このまとめますとですねそもそも重力は力
34:40であると
34:41弱い力ですでそれは場合によっては消せる
34:43とでそれによってですねあの実はアイス
34:46単位はあの重力は
34:48空間の曲がりだという風に説明したんです
34:50けれどもそれで話が終わったわけではなく
34:51てですねさらにですねそれを量子力学との
34:55統合
34:56素粒子の理論との統合をは
34:58現在進行中の研究でありますでしかも宇宙
35:01は
35:02夜空はなぜ暗いかなんていうそういう素朴
35:04な
35:04疑問でもですね
35:06実は宇宙の深淵などと結びついているとで
35:09そういう中でですねなぜ重力がこういう強
35:12さなのかっていうことはですねまあ
35:13いろんな
35:14哲学的な問題も
35:16引き起こしているとまあ今日はですねそう
35:18いうあの感じでですねあの
35:20重力の様々な性質についてあのお話し
35:23いたしました
35:24あのどうもご清聴ありがとうございました
35:26これからあの
35:27質問の時間がありますのでよろしくお願い
35:29いたします
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