Q&A: 物理学者リサ・ランドールが語る、空間と時間、そして科学がフィクションよりも優れている理由
ハーバード大学教授で理論物理学者のリサ・ランドールは、数学と科学をツールとして使い、宇宙の最も基本的なレベルでの仕組みを解明しようと研究している。
物理学者のラマン・サンドラム氏との研究は、すでにこの分野で最もよく知られた理論の一つを生み出しています。彼女の新著『Knocking on Heaven's Door』は、物理学と科学への洞察を提供するとともに、フランスとスイスの国境下にある巨大粒子加速器、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の内部を垣間見せてくれます。
ランドール氏は水曜日の夜、シアトルのタウンホールで講演を行います。GeekWireは事前に彼女にインタビューを行いました。抜粋は以下をご覧ください。
素粒子物理学者ではない人たちに、自分の仕事についてどう説明しますか?
ランドール：私たちは、宇宙に何があるのか、物質の基本的な構成要素、それらの構成要素が相互作用する基本的な力、そしてそれらがどのようにつながっているのかを理解しようとしています。今日、私たちは素粒子の質量、それがどこで発生し、なぜその値を持つのかといった疑問に答える真のチャンスを得ています。さらに、これらの疑問に答える過程で、さらに大きな疑問、つまり空間と時間の性質とは何か、宇宙の対称性とはどのようなものか、そしてそれらは量子力学の領域にまで及んでいるのか、といった疑問にも取り組むことができるかもしれません。
今日の世界は科学者の考え方から何を学ぶことができるでしょうか?
ランドール：今日、取り組むべき重要かつ重大な問題は数多く存在し、それらには容易な答えはありません。科学が問題にどのようにアプローチするかを理解し、納得することが重要です。つまり、どのように問いを立てるか、何を知っていて何を知らないかをどのように認識するか、そしてデータを用いて様々な考え方から選択するかということです。今日私たちが抱える問題の巨大さを考えると、私たちは利用可能なあらゆるツールを活用したいと思うでしょう。科学や複雑な問題を恐れる人々に迎合しようとして、議論のレベルが下がってしまうことがあるように思いますが、今こそ議論のレベルを上げるべき時だと思います。
SFが私たちの文化に与えた影響かもしれませんが、あなたが宇宙の異次元のような話を始めると、すぐに『スタートレック』の映像が頭に浮かびます。人々が宇宙のどこかから別の場所へと飛び移っていく。そういう映像は、あなたの仕事を説明する上でどれほど役に立っているのでしょうか？それとも、あまりにも単純化しすぎて、あなた自身に悪影響を与えているのでしょうか？
ランドール：ええ、人々の興味を引くのは良いことだと思います。しかし、私は科学が本当に何を言っているのかを人々に伝えたいと思っています。誤解を招くような印象を与えたくはありません。私がこの本をあのような形で書き、例えば余剰次元や大型ハドロン衝突型加速器そのものについていきなり語らなかった理由の一つは、科学が現実であるということの意味を人々に理解してもらいたかったからです。私たちの直感は人間の尺度に導かれているため、その尺度から外れたものはすべてSFのような異様なものだと思われがちです。しかし、そうではありません。テクノロジーは、私たちが慣れ親しんでいる長さのスケールをはるかに超えて、時間の経過とともに私たちの理解を体系的に深めるのに役立ちます。
私が伝えたかったのは、科学が宇宙について何を教えてくれて、何を教えてくれないのか、そしてそれがどのように機能し、そして様々なアイデアがどのように積み重なっていくのか、ということです。また、たとえ余剰次元が存在したとしても、人間がそれらを飛び越えられないのはなぜか、それはそのスケールに制約があるからです。しかし、余剰次元は依然として存在可能です。ただ、フィクションや映画で想定されているような特性を必ずしも備えているわけではないのです。さらに、SF作家でさえ思いつかなかったような、科学からは突飛なアイデアが生まれています。例えば、無限の余剰次元というアイデアは数学から生まれました。ラマン・サンドラムと私はそれを見つけようとしていたわけではありません。しかし、特定の設定でアインシュタインの重力方程式を解き、空間の幾何学が検出できないほどの無限の余剰次元を許容することを発見しました。必ずしも存在するという意味ではありませんが、時空が劇的に曲がったり歪んだりする可能性があるため、確かに可能性はあります。私たちはそれを意図したのではなく、数学から生まれたのです。時には、アイデアが現実に基づいていて、科学が私たちに何を伝えているのかを本当に理解できると、より刺激的になります。
大型ハドロン衝突型加速器の将来性は何ですか。また、そこから何を学べると思いますか。
ランドール：大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、これまで研究されてきたよりも短い距離と高いエネルギー領域を探索しています。私たちが間違いなく解明したいのは、素粒子がどのように質量を獲得するのかということです。これはヒッグス機構と呼ばれるものと関係しています。このテーマについては1章を丸々費やしていますが、説明するのは難しいのですが、まるで電荷が空間全体に広がり、素物質と相互作用することで粒子が質量を獲得するかのように考えられます。電荷ではなく、基本的に何かが空間全体に広がり、粒子が相互作用するのです。そして、最も相互作用する粒子は最大の質量を獲得し、最も相互作用しない粒子は最も軽くなります。ほとんどの物理学者はそれが起こっていると考えていますが、このメカニズムをどのような基礎構造が実現しているのか、つまり真空をこのように変化させる原因が何なのかは分かっていません。だからこそ、ヒッグス粒子、あるいはより一般的にはヒッグスセクターと呼ばれるもの、つまりヒッグス粒子の役割を果たすもの、つまり電荷を空間全体に広げて粒子に質量を与えるものを探すことは非常にエキサイティングなことです。まず第一に、ヒッグス機構について正しいのかを知りたいのです。しかし同時に、そこには何が関わっているのかについても知りたいのです。これが一つの疑問です。
もう一つの疑問は、質量がなぜその質量なのかという点です。量子力学と特殊相対論の原理をそのまま適用すれば、すべての物質が16桁も重くなるはずですが、なぜそうではないのでしょうか。この疑問は非常に興味深いものですが、解決は非常に困難です。答えの中には、時空対称性の量子力学的領域への拡張や、ラマン・サンドラムと私が提唱したように、空間の余分な次元、歪んだ余分な次元といった、突飛なアイデアが絡んできます。
大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の完成まで、どれくらいかかると思いますか？最高エネルギーの衝突が起こる前の2014年という推定を見たことがありますが？
ランドール：おそらくその通りでしょう。この装置は実際、素晴らしい稼働を見せています。当初の計画にはなかった2012年まで稼働していますが、非常に順調に稼働しており、来年にはヒッグス粒子について何か発表できるかもしれません。その後は、より高いエネルギー（現在の約2倍）へのアップグレードのため、運転を停止する予定です。延期の理由は、以前の出来事を踏まえ、すべてが順調に進んでいることを確認するための慎重な判断です。しかし、今、物事が順調に進んでいることを忘れてはなりません。非常に順調に稼働しています。ですから、装置が再び稼働すれば、当初の計画通り、より高いエネルギーに到達できるという、非常にエキサイティングな出来事になるはずです。
本の中で、その場所を訪れた時のことを書かれていますね。その体験をどのように表現されますか？
ランドール：これまでにも他の粒子加速器を見学したことがありますが、これは本当に感動的です。美しいです。私はニューヨークで育ったので、大きな建物には慣れていますが、これは巨大な機械で、ミクロンレベルの精度で測定する機械です。ある意味、巨大な物体でありながら、精密な測定を行っているのです。そこが素晴らしいところです。そして、彼らは非常に慎重に作業を進めました。わずかな傾斜面に設置されているので、わずかな動きを予測していました。ATLASの磁石のような重い部品を所定の位置に落とす際には、重力がどのように作用するかを予測していたのです。まさに素晴らしい成果です。
シアトルの観客に伝えたいメッセージは何ですか?
ランドール：一つは、今日の科学の現状、つまり私が研究している素粒子物理学です。特に、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）に関するアイデアです。そして、スケールという概念、そしてそれが科学に対する私たちの考え方にどのような影響を与えているかについても考えます。科学を客観的に捉え、SFの世界から脱却し、科学がどのように体系的に進化してきたのか、そしてアイデアがどのように積み重なっていくのかを理解することです。
ランドールが明日夜タウンホールで出演するチケットはこちらでご購入いただけます。詳しくは、最近彼女が出演したチャーリー・ローズの番組からの抜粋をご覧ください。
