『時間の簡潔な歴史』を覆す、ホーキング博士の過去20年間の思考と探求

英国の有名な理論物理学者ホーキング博士は、死去前に発表した最後の論文で、「上から下までの新しい宇宙論」や「宇宙のホログラム」といった新しい概念を提唱し、「時間の簡潔な歴史」で提唱された時間の起源に関する見解を覆した。

ベルギーの宇宙学者でホーキングの弟子であるトーマス・ヘルトグ氏がこの論文の共著者である。 『高エネルギー物理学ジャーナル』に掲載された論文の中で、ホーキング博士らは、多元宇宙はそれほど多く存在せず、宇宙の進化は全体としてはスムーズかつ有限であると主張している。彼らは革命的な考えを思いついた。物理法則は不変のものではなく、それが支配する宇宙の形成とともに出現し、共進化するという、「トップダウン宇宙論」と呼ばれるプロセスである。ホーキング博士の死後、ヘルトグはホーキング博士が人生の終わりに計画していた最高傑作である『時間の起源』を完成させ、宇宙と生命の進化に関する私たちの全体的な概念を再構築しようとした。以下は北京大学の呉彪教授による書評です。

著者：呉彪（北京大学物理学院教授）

宇宙は生命の存在のために注意深く設計されているようです。原子核内の強い相互作用が実際の状況から少しでも外れると、恒星内部の核融合で生命の源である炭素を生成することが難しくなります。さらに、宇宙は生命にとって非常に優しい三次元空間でもあります。各種物理パラメータのサイズもちょうど良いです。 「なぜ宇宙はこんなふうになっているのか？」ホーキング博士がこの質問をしたのは、1998年6月中旬にトーマス・ヘルトグ博士が初めてホーキング博士のオフィスに招かれたときだった。それ以来、ヘルトグ博士は時間の起源を探るためにホーキング博士とともに量子宇宙論を研究し始めた。

もっと小さな質問をしてみるのもいいでしょう。なぜ地球上に生命が存在するのでしょうか?地球を太陽系の他の惑星と比較すると、地球がちょうど良い位置にあり、ちょうど良い質量を持っていることがわかります。太陽を天の川銀河の他の星と比較すると、太陽がちょうど良い大きさであることがわかります。これらすべては、生物の存在のために誰かが注意深く設計したようです。多くの人がこれを信じています。地球上の生命を確保するために、超自然的な存在が太陽の質量、地球の質量、そしてそれらの相対的な距離を注意深く設計したのです。しかし、科学は今やもっと合理的な説明を与えている。宇宙には多くの星（控えめに見積もっても約 10^22）があり、これらの星とその惑星はそれぞれ異なり、その中に生命に適した惑星が存在することは極めて合理的である。実際、現代の天文学的観測により、太陽系の外に生命の生存に適した惑星が数多く発見されています。

さまざまな宇宙が存在するのであれば、そのうちのいくつかが生命の生存に適しているとしても不思議ではないでしょう。これが多元宇宙理論です。ホーキングが多元宇宙理論に満足していない理由は理解しにくいことではありません。星は重力の影響下で星間塵が集まって形成されることがわかっています。塵の分布は不均一で、さまざまな大きさの恒星とその惑星を形成します。星や惑星の形成と比較すると、宇宙に対する私たちの理解は非常に限られています。インフレーション理論と多世界理論によれば、多元宇宙は可能だが、多元宇宙内の宇宙がどのように形成されたのか、また、異なる宇宙がなぜ異なる基本的な相互作用を持つのかはわかっていない。これらの疑問に最終的に答えたいのであれば、ビッグバンの瞬間に起こったすべての出来事をどのように説明するかを知らなければなりません。ビッグバンの後に何が起こったのかについては大まかに理解していますが、ビッグバンそのものについてはまだ何もわかっていません。ホーキング博士の目標は、時間以前に何が起こったのか、そしてなぜ私たちの宇宙が生命にとってこれほど住みやすいのかを教えてくれるようなビッグバンの量子理論を開発することだった。

1998年の会合の後、トーマスとホーキングは宇宙と時間の起源を探る共同の旅を始めました。彼らの探究は、ホーキング博士が2018年に亡くなるまで、約20年間続いた。トーマス氏は死の床にあるホーキング博士を訪ね、最後の会話をした。ホーキング博士は（電子機器を通じて）苦労しながらこう言った。「新しい本を書くときが来た…」こうして生まれたのが、ホーキング博士の生涯の最後の20年間における宇宙と時間についての考えや探求を記録した『時間の起源』という本だ。

トーマスの本はホーキングの考えや探求を生き生きと記録しており、また背景資料として現代宇宙論の発展、特にルメートルのビッグバン理論への貢献を詳しく説明しています。この本では、量子干渉、量子測定、多世界理論、超弦理論など宇宙論に関わる物理学と数学をわかりやすく紹介しています。彼の文章は分かりやすく、複雑で微妙な概念をより明確に説明するために、類推や図をよく使います。この本に散りばめられたホーキングに関する短編小説は、読者が宇宙論の重厚な過程を理解しながら一息つく機会を与えてくれる。

重力と量子力学を統一することについては多くの理論がありますが、どれが正しいのかはわかりません。ホーキングが支持する超弦理論を含め、量子重力に関する既存の理論はすべて間違っている可能性がある。これは、これらの理論を検証するのに十分な実験データがまだないからです。このため、宇宙の始まりであるビッグバンを正確に説明することは不可能であり、そこから時間がどのように生まれたのか、生物の進化に適した物理法則がどのように形成されたのかを知ることもできません。しかし、これは探索をあきらめるべきだという意味ではありません。私たちは真実を見つけるために努力し続けるべきです。それがホーキングがやったことだ。彼は答えが見つからないかもしれないとわかっていましたが、それでも決意を持って探求の道へと進み出ました。彼は「哲学は死んだ」と信じ、時間の起源に関する疑問は科学的な疑問であり、哲学的な疑問ではないと考えていた。科学者は勇敢に考え、探求すべきです。これはまさにホーキングが人生の最後の段階で行ったことであり、彼の精神、勇気、そして知恵は永遠に記憶されるでしょう。彼は、何世代にもわたる科学者たちに前進の意欲を与える真の模範となる人物です。

ホーキングは宇宙の始まりには時間はなかったと信じている。この結論は、量子重力の将来の理論がどのような形をとるかに関係なく、真実である可能性が高い。物理学では、すでに同様の現象が存在します。マクロな物質には体積がありますが、電子やクォークなどマクロな物質を構成する基本粒子には体積がありません。マクロ物質の体積は、原子内の電子の波動関数、つまり電子の量子状態から生じます。古代中国人はかつてこう言いました。「1フィートの棒を毎日半分に切っていれば、決して尽きることはない。」現代科学によれば、これは真実ではない。毎日半分ずつ摂取すると、約 1 か月後には分子だけが残ります。このまま続けると原子だけが残ります。ハンマーは存在しなくなり、そのボリュームは消えます。宇宙の寿命は約10^18秒です。もし宇宙が突然収縮し始め、毎日半分ずつ若返るとすると、約 210 日後に宇宙はビッグバンから 10^(–44) 秒後、つまりプランク時間に戻ります。この時点では、時間はもはや存在せず、体積が電子の量子状態から発生するのと同じように、残っているのは宇宙の初期の量子状態だけです。多元宇宙理論によれば、異なる宇宙のプランク時間は異なる可能性があるため、10^(–44)秒が最短時間ではない可能性があります。宇宙については未だに答えられていない疑問が多すぎるため、ホーキング博士の探究はこれからも続くでしょう。

トーマス・ヘルトグの『時間の起源』は、宇宙と時間についての科学の一般向け書籍で、ホーキング博士が人生の最後の段階でこれらの問題について考えたことや探求したことを記録しています。著者は、量子力学、ブラックホール、弦理論など、宇宙論に関連するさまざまな科学分野をわかりやすい言葉で紹介し、読者を興味深い科学の旅へと導きます。 『時間の起源』は、時間と宇宙について考え、探求することに興味がある人にとって素晴らしい読み物です。読者は宇宙の謎を理解できるだけでなく、科学に対する興味や熱意も刺激されます。

『時間の起源』の著者紹介

著名な宇宙学者であり、ベルギーのルーヴェン大学重力波センターの教授兼所長であるトーマス・ヘルトグ氏は、長年ホーキング氏のパートナーであった。ベルギーの彼のチームは主に、弦理論に基づいて重力波とブラックホールの物理的性質を研究することに専念しています。 2014年に欧州研究会議から独立研究助成金を受けた。 2015年にフランダース科学研究基金から資金提供を受けた。

彼とホーキングは、ホーキングが亡くなる前に多元宇宙に関するホーキングの最後の論文を共同で出版した。この本もこの基礎に基づいて書かれ、ホーキング博士の科学研究キャリアの最終的な成果を表しています。

『時間の起源』の翻訳者紹介

Taotao Qiu は博士号を取得しています。中国科学院高エネルギー物理研究所で理論物理学の博士号を取得。彼は台湾の中原大学と国立台湾大学で博士研究員を務め、華中科技大学物理学部天文学科で准教授を務めていました。彼は長年宇宙論の研究に従事しており、主な研究分野はインフレーション、リバウンド宇宙、修正重力理論、原始摂動理論、ダークエネルギーなどです。

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